摘要:本文通过极限、定积分、无穷级数和开集的概念,说明“无穷”的思想贯穿高等数学的始终。多花时间体会“无穷”,对学习高等数学会起到事半功倍的效果。对数学专业的学生,尤为明显。
关键词:无穷,极限,收敛。
大学里的数学课叫做高等数学,简称高数。高数的“高等”体现在哪里?我认为体现在它能把一些公认的、但又很难说清楚的真理用极严谨的语言表达得让人叹为观止。读懂的人欣赏它,为它赞不绝口,不懂的人云里雾里,摸不着头脑。
一个很有趣的例子就是0.999…和1的大小关系。有人认为前者小于后者,但高数认为它们相等。数学上认为两个数不相等,肯定相差一个非零数,那请问如果0.999…和1不相等,它们到底差多少?答曰0.00…1,但0.999…后面无数个9,我们总可以通过增加9的个数来否定差0.00…1的说法。所以只能差0.000…,是的,无数个0,因为它们是相等的,差的就是零。还有个方法可以证明它们相等,0.333…=1/3,相信没人会否认这个等式,等式两边同时乘以3,就得到0.999…=1。哈哈,是不是很神奇,外表看起来迥异的两个数,竟然相等,就是因为小数点后面有无穷个9!本文仅通过几个概念来展现高数的“无穷”之美。
首先就是高数的精华之一——极限。两千多年前,就产生了极限的思想,比如用圆内接正多边形的面积逼近圆的面积。随着正多边形边数的增加,它的面积越来越接近圆的面积,“越来越近”就是人们一开始对极限的体会,用现在的极限概念来表达,就是正多边形边数趋于无穷,正多边形面积趋于圆的面积,或者说正多边形面积的极限是圆的面积。这个例子说明了什么是极限,但这描述性的语言毕竟不是严谨的数学表达。“极限”的定义困扰了数学家两千多年。人们在相当长的一段时间里无法用数学语言刻画“无限接近”,说不清楚圆内接正多边形与圆面积之差这个不是零却接近于零的量。
作者:来鑫