無窮小能否帶領我們直接走向今日科學之輝煌?

來源:互聯網
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    曆史不能重演,這是毫無疑問的。數學是一門基礎學科,影響到今日科學技術的方方面面,可以說,沒有數學的進步就沒有今日之科學。

       曆史上,萊布尼茲發明了無窮小(理想數),基於無窮小又建立了微積分學。這是曆史事實。我們的問題是,如果後來沒有(ε,δ)極限論,能否有今日科學技術的輝煌?初看起來,這個問題很荒唐,毫無意義。但是,也不盡然。

         在數學發展曆史上,歐拉(Leonhard Euler,1707-1783)的貢獻是非常巨大的,特別是,對於物理學的研究。在數學上,歐拉是萊布尼茲無窮小的忠實信徒,有著許多重要的研究成果,涉及到科學技術的方方面面,比如,複變函數理論的建立,為流體動力學奠定了理論基礎,進一步為現代航天事業打下了根基。可是,歐拉的學多數學成就是建立在萊布尼茲無窮小演算(Infinitesimal
Calculus)之上的,沒有(ε,δ)極限論,能否保留這些寶貴的數學成果呢?

       以下,我們舉例說明。在歐拉的數學著作裡面,對指數函數微分的推導如下:

d(exp(x))= exp(x+dx) – exp(x)
(注意:此處dx是無窮小)

                     
=exp(x)(exp(dx) – 1) (提出公因子exp(x)))

                      
=exp(x)(dx + (dx平方)/2!+(dx立方)/3!+…)

                    
=exp(x)dx

      在(ε,δ)極限論者看來,這是完全錯誤的數學推理。那些dx的高次方為什麼被捨棄?這就是萊布尼茲無窮小演算的“瑕疵”,多被後人所“詬病”。

          我們設想,假定曆史始終沿著萊布尼茲無窮小的軌跡前進,其間沒有(ε,δ)極限論的出現,到了1960年A.Robinson建立了《非標準分析》,為無窮小奠定了嚴密的邏輯基礎。至此,歐拉的許多數學研究成果也能得以完好地儲存下來。實際上,在超實數系*R裡面,歐拉的上述推理過程是很容易解釋的,在等式兩端取超實數的”標準部分“(運用st函數)就可以把無窮小的高次方去掉了,在超實數系裡面,這是完全正確的數學推理。

            根據以上分析,我們可以看出,如果沒有(ε,δ)極限論的出現,萊布尼茲的無窮小演算也能把我們帶到現代科學技術的繁榮階段。曆史發展出現“拐彎”現象是很正常的。現在,我們正處在微積分又一次發生“拐彎”的曆史階段,只是我們渾然不知罷了。

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