數學家們在抽象概括出「函數」的本質屬性的過程中遇到的認知障礙,也是我們學生在學習中容易犯錯的地方,因此了解函數概念的發展史有助於學生對函數概念的理解,提高數學抽象思維能力。
從函數概念的歷史可以看出,函數概念的發展順序是:運算——解析式——變量的依賴關係或對應關係——映射——集合的對應關係——序偶集。以下是不同時期的數學家對函數概念的定義。
第一階段:運算
1677年,格列高裡:它是從其它的一些量經過一系列代數運算而得到的,或經過任何其它可以想像到的運算而得到。
第二階段:解析式、曲線/圖像
1718年,伯努利:變量的函數就是變量和常量以任何一種方式組成的量。
1746年,達朗貝爾:在研究弦振動問題時,提出了用單獨的解析表達式給出的曲線是函數。
1748年,歐拉:變量的函數是一個解析表達式,它是由這個變量和一些常量以任何方式組成的;在xy平面上徒手畫出來的曲線所表示的y與x之間的關係。
1797年,拉格朗日:所謂一個或幾個量的函數是指任意一個適於計算的表達式,這些量在其中可以按任何形式出現於表達式中。表達式中可以有其它一些被視為具有不變的值的量,而函數的值可以取所有可能的值。
1807年,傅立葉:任何函數都可以表示成三角函數。並通過舉例說明了某些函數可用曲線表示,也可用一個式子表示,或用多個式子表示。
1854年,布爾:任何一個含有符號x的代數表達式稱為x的一個函數,它一般可以簡記為f(x)的形式。
1879年,弗雷格:如果在一個表達式中,一次或多次出現一個簡單的或複合的符號,並且,我們認為這個符號在某些或所有出現的地方可以用其它事物替代(但各處要用同一事物替代),那麼稱表達式中保持不變的成分為函數,可替代的部分則是這個函數的自變量。
第三階段:變量的依賴關係或對應關係
1714年,萊布尼茲:Function:冪;曲線上的坐標量、切線的長度等一切與曲線變化有關的量之間的變化關係。
1755年,歐拉:如果某變量,以這樣一種方式依賴於另一些變量, 即當後面這些變量變化時, 前面這些變量也隨之而變化, 則前面的變量稱為後面變量的函數。
1778年,孔多塞:設有若干量x,y,z,…,F,對於x,y,z,…的每一個確定的值,F有一個或多個確定的值與之對應,則稱F為x,y,z,…的一個函數。
1797年,拉克洛瓦:任何一個量,如果它的值依賴於一個或多個其它的量,那麼就稱它為這些量的函數。
1822年,傅立葉:函數f(x)表示一系列的值或縱坐標,每一個都是任意的。對於無限多個給定x的值,有同樣多個縱坐標f(x)。所有的值要麼為正數,要麼為負數,要麼為零。無需假設這些縱坐標滿足同一個法則;它們可以任何方式接續,每一個都好像是單個的量。
1823年,柯西:在某些變數間存在著一定的關係,當一經給定某一變數的值,其他變數隨著而確定時,則將最初的變數叫自變量,其他各變數叫作函數。
1834年,羅巴切夫斯基:x的函數是這樣一個數,它對於每個x值都存在有確定的值,並且隨著x的變化而變化。函數值可以由解析式給出,也可以由一個條件給出,這個條件提供了一種尋求全部對應值的方法。函數的這種依賴關係可以存在,但仍然是未知的。
1837年,狄利克雷:對於在某區間上的每一個確定的x值,y都有一個或多個確定的值, 那麼y叫做x的函數。
1847年,斯託克斯:函數是這樣一個量,它的值以任意方式依賴於構成它的一個或幾個變量的值。因此,函數不必通過任何代數符號的組合來表達,甚至在變量的很近的界限之間也是如此。
1851年,黎曼:假定Z是一個變量,如對它的每一個數值,都有未知量W的一個數值與之對應,則稱W是Z的函數。
1870年,漢克爾:x的一個函數被稱為f(x),如果對於某個區間內的每一個x的值,都有唯一的和確定 的f(x)的一個值與之對應。此外,f(x)是通過量的解析運算還是通過別的方式確定,根本無關緊要。f(x)的值只需處處唯一確定。
1908年,哈代:x和y之間應該存在某種關係,使得y的值總是對應著某些x的值。
1917年,卡拉瑞:獨立變量和應變量之間存在一個函數關係,稱應變量是獨立變量的函數。
1923年,古爾薩特:當x的值對應於y的值,就說y是x的一個函數,人們用方程式y=f(x)來表示這種依賴關係。
第四階段:映射
1887年,戴德金:系統S上的一個映射蘊含了一種規則,按照這種規則,S中每一個確定的元素x都對應著一個確定的對象,它稱為x的映像,記作Φ(x),我們可以說,x經映射Φ變換成Φ(x)。
第五階段:集合的對應關係
20世紀初,維布倫:若在變量y的集合與另一變量x的集合之間,有這樣的關係成立,即對x的每一個值,有完全確定的y值與值對應,則稱變量y是變量x的函數。
1904年,塔裡內:考慮不同的數組成的一個集合(X),這些數可作為賦予字母x的值,則x稱為一個變量.設x的每一個值(即集合(X)的每一個元素)對應於一個數,後者可作為賦予字母y的值,則我們稱y是由集合(X)所確定的x 的函數。
1917年,卡拉泰奧多裡:函數是集合A到實數的一個對應法則。
1939年,布爾巴基:設A和B是兩個集合,它們可以相同或不同。A中的一個變元x和B中變元y之間的一個關係稱為一個函數關係,如果對每一個x∈A,都存在唯一的y∈B,它滿足跟x的給定關係,我們稱這樣的關係為函數。
第六階段:序偶集
1911年,皮亞諾:函數是這樣一種關係u,對於任意的x,y和z,如果第二個元素相同的兩個序偶y;x和z;x滿足這個關係,那麼必有y=x。
1914年,豪斯多夫:設P是序偶p=(a,b)組成的一個集合,對於每一個p∈P,稱b為a的象,在特殊情況下,每個a只有唯一的象b,則稱此a決定且與a相關的元b(記b=f(a))稱為a的函數。
1939年,布爾巴基:定義集合X與Y的積集X×Y如下:X×Y={(x,y)|x∈X,y∈Y}。積集X×Y中的一子集R稱為X與Y的一個關係,若(x,y)∈R,則稱x與y有關係R,現設f是x與y的關係,即f包含於X×Y,如果(x,y)、(x,z)∈f,必有y=z,那麼稱f為X到Y的函數。
綜上,函數主要概念經歷了「變量說」——「對應說」——「關係說」300多年的變化,從初中到高中,最好到大學,教材上的函數概念一步步的抽象,直到用「序偶」來定義函數。