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贝克莱悖论;微积分基础引发的第二次数学危机

2021-12-06 03:36 作者:中国崛起呀  | 我要投稿

牛顿411、贝克莱悖论微积分基础引发的第二次数学危机

 

微积分(数学概念):…

…微、分、微分:见《牛顿321~336》…

…积、分、积分:见《牛顿337~405》…

…微积分:见《牛顿407》…

…数、学、数学:见《欧几里得49》…

(…《欧几里得》:小说名…)

 

…概、念、概念:见《欧几里得22、23》…


微积分历史
…历、史、历史:见《欧几里得111》…

…微积分历史:见《牛顿407~410》…

 

第二次危机

 

微积分诞生之后,数学迎来了一次空前繁荣的时期,对18世纪的数学产生了重要而深远的影响。

但是牛顿和莱布尼茨(cí)的微积分都缺乏清晰的、严谨的逻辑基础。这在初创时期是不可避免的。

…严、谨、严谨:见《欧几里得155》…

…逻、辑、逻辑:见《欧几里得5》…

…基、础、基础:见《欧几里得37》…

 

科学上的巨大需要战胜了逻辑上的顾忌。他们需要做的事情太多了,他们急于去攫(jué)取新的成果。基本问题只好先放一放。

…科、学、科学:见《欧几里得4》…

…攫:形声。从手,矍(jué)声。本义:鸟用爪迅速抓取…

[…形声:一种造字法…是说字由“形”和“声”两部分合成,形旁和全字的意义有关,声旁和全字的读音有关。如由形旁“氵(水)”和声旁“工、可”分别合成“江、河”…]

 

…基、本、基本:见《欧几里得2》…

…问、题、问题:见《伽利略76》…

(…《伽利略》:小说名…)

 

正如达朗贝尔所说的:向前进,你就会产生信心!

…达朗贝尔(1717~1783):法国著名的物理学家、数学家和天文学家…

 

数学史的发展一再证明自由创造总是领先于形式化和逻辑基础。

…发、展、发展:见《伽利略21》…

…证、明、证明:见《欧几里得6》…

…自、由、自由:见《伽利略5》…

…创、造、创造:见《欧几里得152》…

…形、式、形式:见《欧几里得13》…

…化:后缀。加在名词或形容词之后构成动词,表示转变成某种性质或状态:绿~。美~。恶~。电气~。机械~。水利~…见《欧几里得2》…

 

于是在微积分的发展过程中,出现了这样的局面:一方面是微积分创立之后立即在科学技术上获得应用,从而迅速地发展;另一方面是微积分学的理论在当时是不严密的,出现了越来越多的悖(bèi)论和谬(miù)论。

…过、程、过程:见《欧几里得194》…

…技、术、技术:见《欧几里得104》…

…应、用、应用:见《欧几里得181》…

…理、论、理论:见《欧几里得5》…

…严、密、严密:见《欧几里得53》…

…悖、论、悖论:见《欧几里得27》…

…谬:见《欧几里得76》…

 

数学的发展又遇到了深刻的、令人不安的危机。

例如,有时把无穷小量看作不为0的有限量而从等式两端消去,有时却又令无穷小量为0而忽略不计。

…深、刻、深刻:见《欧几里得133》…

…无、穷、无穷,小,无穷小:见《牛顿280》…

…量:见《欧几里得27》…


这些矛盾,引起了数学界的极大争论。

…矛、盾、矛盾:见《欧几里得72》…

 

如当时爱尔兰主教贝克莱嘲笑“无穷小量”是“已死的幽灵”。


贝克莱对牛顿导数的定义进行了批判。

…导、数、导数:见《牛顿288~294》…

…定、义、定义:见《欧几里得28》…

当时牛顿对导数的定义为:

当x增长为x+h时,x的立方(记为x^3)成为x+h的立方[记为(x+h)^3)],

即x+h的立方结果为x^3+3x^2 h+3x h^2+h^3。

…^:乘方…

…x^3:x的3次方…

 

x与x^3的增量分别为h和3x^2 h+3x h^2+h^3。

x^3的增量除以x^3的增量的结果为3x^2+3x h+h^2,然后代入h=0让增量消失,则它们的最后结果为3x^2。

 

[上述文字符号化:

…符、号、符号:见《欧几里得160、161》…

 

∵ x→x+h (h≠0)

∴ x^3→(x+h)^3

 

又(x+h)^3=x^3+3x^2 h+3x h^2+h^3

∴ x的增量△x为h;

(x+h)^3的增量△y为3x^2 h+3x h^2+h^3。

 …△:读音是“德尔塔”。音标为/deltə/。

在物理学中,△常常作为变量的前缀使用,表示该变量的变化量,如:△t(时间变化量)、△T(温度变化量)、△X(位移变化量)、△v(速度变化量)等等…见《牛顿8》…

 

△y/△x=(3x^2 h+3x h^2+h^3)/h=3x^2+3x h+h^2

 

令h=0,得△y/△x=3x^2+3x·0+0^2=3x^2]

 

我们知道3x^2这个结果是正确的,但是推导过程确实存在着明显的偷换假设的错误:在论证的前一部分假设h 不为0,而在论证的后一部分又被取为0。

…结、果、结果:见《牛顿105》…

…正、确、正确:见《欧几里得13》…

…推、导、推导:见《欧几里得7》…

…假、设、假设:见《欧几里得78》…

…错、误、错误:见《欧几里得193》…

…论、证、论证:见《欧几里得149》…

 

那么h 到底是不是0呢?

这就是著名的贝克莱悖论

这种微积分的基础所引发的危机在数学史上称为第二次数学危机,而这次危机的引发与牛顿有直接关系。

…直、接、直接:见《欧几里得34》…

…关、系、关系:见《欧几里得75》…

 

历史要求给微积分以严格的基础。

…严、格、严格:见《欧几里得125》…

 

“柯西的贡献在于,将微积分建立在极限理论的基础上。

维尔斯特拉斯的贡献在于,逻辑地构造了实数论。

因此,建立分析基础的逻辑顺序是实数系——极限论——微积分。

请看下集《牛顿412、微积分基础不稳固导致第二次数学危机》”


若不知晓历史,便看不清未来

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