【关于无穷小量和无穷的定义】
前置知识需要对射影几何的【无穷远点】【无穷远直线】有了解。
简单规定下:在更加“普遍”意义上的射影几何上,每一个直线上面再加一个无穷远点,不再规定“平行直线不想交”而是相交于同一个无穷远点,所有无穷远点构成一条无穷远直线。
这样的规定下,任意两条直线都相交于一点,要么是“有穷远点”要么是“无穷远点”。(这样一来便可以保证“射影”变换下,像与原像形成双射)((这一段有兴趣的自己搞吧,和文本无关,只是说明为什么要搞这样一个无穷远点和无穷远直线))
【正文】既然定义了“无穷远点”,随之而来就会有很多性质。(把加入了这些性质的平面称为“拓广平面”)
1.拓广平面上的直线,两段无限延伸相连于无穷远点,即,直线的某一理解模型为闭合图形。
2.所有平行直线交于同一无穷远点,因此,对于一个点作为中心,每个“方向”上有唯一无穷远点,因此,平面的某一理解模型为一个有界圆盘,圆周为无穷远直线。
由上可知
对于数轴,易知正方向上的+∞与负的-∞相连于“无穷远点”,定义其在数轴上为Θ。
即有
+∞=-∞=Θ
笛卡尔坐标系(正交坐标系)的两个轴考虑为在无穷远处相连的拓广直线:
现在考虑y=1/x,x等于0时的情形,可知
1/0=Θ,可知,为了使得运算不矛盾,要有:
2/0=2(1/0)=2Θ
现在考虑“除法运算”的意义:
6÷2=3
6-2-2-2=0
3=6减到0需要三步
即有
1÷0=Θ
1-0-0-…-0=0
Θ=1减到0需要【无穷】步
现在考虑aΘ,a∈R的意义:
我们有2÷0=2Θ即
2-0-0-…-0=0
2Θ=2减到0需要两倍于(1减到0的)【无穷步】。
因此定义Θ为:Θ=1/0,指以y=1/x中函数图像逼近x轴的【速率】定义的【无穷】。
易知,⊙Θ之间存在运算,即存在⊙Θ^n,n∈R
对于“乘法运算”的意义:
2×3=6可看做
2×1×3=6
1.把数轴拉伸三倍,即把单位1拉伸三倍后2的位置为“6”
2.以2为单位,0+2+2+2=6走三步。
(可以看出乘法与除法互为逆运算,前者为从0出发走到某数的步数or拉伸数轴,后者为从某数回到0需要的步数or压缩数轴)
现在考虑在乘法领域内:
2≠3
2/0≠3/0
2×0≠3×0
定义1×0=τ
易知Θ=1/τ
即有:2×0=2τ,3×0=3τ
可以看出,τ为某种无穷小量
现在考虑无穷小量τ,2×0=2×1×0
可看做是2×(1×0)=0即单位的“消失”,或者认为“数轴被探索成一个点时不是瞬间坍缩,而是以某个‘速率’”。
因此定义τ为:1×0=τ,指以1×0=0为【速率】的【无穷小量】。
易联想到数学分析中极限的“等价无穷小”,因此与其认为,“无穷小是一个极限为0的过程”,不妨认为“所有数字都是一个过程”。且我们定义对于任意“过程”需要时间t,即,不同运算之间会有【速率】的区别。
我们定义“≡”为【最终等于】
定义=为“时间上同步,数值上等于”
易知:
1)
2×1≡2×1×1
2×1≠2×1×1(前者更快)
2)
2×0≡3×0
2×0≠3×0
这样便可以把再次之前的运算体系包括进来。
即对于有限t,1/0=不被定义。
要首先定义【无限t】,才有1/0≡Θ
这样,不仅无穷大和无穷小量是过程,所有数字都是【过程】。
因此有Θ,τ为在【无限t】下以某个速率到达的【无穷】和【无穷小量】
因此在数轴上,【无穷小量】对应有穷点
【无穷】对应无穷远点。
便有1/0≡Θ
tan(π/2)≡Θ
对于Θ,τ的运算:
Θ±任意有穷量=Θ
τ±任意有穷量=τ
(注意是“=”不是“≡”)
同时,对于拓广平面内的直线,所有直线都在无穷远点处闭合,也就自然有所有直线都存在一个模型是闭合曲线。
又因为Θ=1/τ
可知所有曲线都存在有某个【无穷小量】之下是直线。即,直线总是可以作为“曲线”的局部,同时,这不是一种“近似”,而是在【无限t】得出的必然。