「導數」在「第二次數學危機」中所起的作用至關重要,原來如此

2020-12-03 數學真美

「導數」在近代文明的發展過程中,具有無可替代的作用。在高中數學中的地位也越來越重要。

「導數」在現代數學中是一個「極為強大」的工具,它是數學中的倚天劍與屠龍刀!「導數」思想的應用,既有利於數學本學科的思維創新,對其他學科知識的學習也有很強的指導作用。

掌握好「導數」知識點,有利於對「函數」概念的深刻理解,可以使許多複雜的問題變得簡單。

那麼,什麼是「導數」呢?

通俗的來說,「導數」就是「函數圖像上的一點」的「斜率值」,所以也叫「導函數值」,是「微積分」中的重要基礎概念。

1637年,法國數學家費馬完成了他的手稿《求最大值與最小值的方法》,通過「作曲線的切線」和「求函數極值」的方法,第一次發現了「導數」。

17世紀,大數學家「牛頓」和「萊布尼茨」從不同的角度獨立地創立了微積分。牛頓的「微積分」理論在最初自稱為「流數術」,稱變量的「變化率」為流數,即現代所說的「導數」。

「導數」是微積分的一個重要的支柱,牛頓和萊布尼茨都分別得益於「導數」的重大作用而創立了偉大的「微積分」。

「導數」與「極限」的關係密切,又有區別,如下:

一、聯繫:

「導數」其實就是「極限」的一種,換句話說,「導數」是在「極限」的基礎上進行定義的。當函數的「自變量增量」趨於零時,「函數增量」與「自變量增量」的「比」的極限就是「導數」。

二、區別:

①「極限」描述的是「函數的變化趨勢」,即:當函數的「自變量」無限趨於「某一個值」時,「函數值」也無限趨於「某一個值」。

②「導數」描述的是「函數的變化速度」,即「函數」在「某一點」及「鄰域」的變化率。

總的來說,「導數」就是在「極限」概念的基礎上,對「函數」進行「局部」的「線性逼近」。比如在「運動」的過程中,「物體的移動」對於「時間的導數」就是「物體的瞬時速度」。

綜上所述,「求導」其實就是求函數的「極限」的過程,那麼反過來,用已知的「導數」也可以求出「原來的函數」,即「不定積分」。

「求導」和「積分」是互逆運算,是「微積分學」中最為重要的基礎概念。

導數在幾何、代數、物理中具有非常重要的作用:①在幾何中可用於求出曲線的「切線」;②在代數中可求出「瞬時變化率」;③在物理中可求出物體運動的「速度」和「加速度」。

「導數」的發現,導致了偉大的「微積分」的誕生,在「第二次數學危機」中所起的作用也至關重要:

在「第二次數學危機」中,數學家們用「分析的嚴格化」思想嚴格定義了「無窮小」的概念之後,進一步對「導數」進行了「嚴格化定義」,然後把導數「嚴格地」建立在極限理論的基礎上,加上「集合論」的幫助,徹底解決了第二次危機,挽救了差點崩潰的近代數學。

這次危機間接地推動了三大數學思想地誕生:①「分析地嚴格化」;②「數學的抽象化」;③「幾何的非歐化」,使「近代數學」得到了前所未有的完善,引領著近代科技邁著穩健的步伐,走向了輝煌的現代文明!

小夥伴們,你對此有什麼看法呢?歡迎留言討論。

相關焦點

  • 第二次數學危機是什麼?阿基裡斯為啥追不上烏龜?
    我們上次講完了第一次數學危機之後,有人就問我第二次數學危機又是咋回事?今天我們就來說一下這個問題。第二次數學危機的萌芽,其實在古希臘時代就已經有了,古希臘有一個數學家叫芝諾他研究了很多的悖論,用來反駁時間和空間的連續性問題。
  • 第二次數學危機,無窮小幽靈是怎麼捕獲的?
    關注默契小甜瓜,每天分享不一樣的小知識微積分從出現開始,就被廣泛用到各相關領域的計算中,為數學和科學的發展奠定了基礎。在微積分計算中無窮小量有時候當作是零有時候又不能當作零,而關於無窮小量的定義,牛頓和萊布尼茲也沒能給出一個合理的解釋。關於無窮小,牛頓前後給出了三個解釋,1669年牛頓說無窮小是一個常量,而到了1671年,又說無窮小是一個趨近於零的變量,1676年又說是「兩個正在消逝量的最終比」。
  • 第二次數學危機,頭疼的高數,看牛頓與萊布尼茲的相愛相殺
    小編還依稀的記得那年夏天的高中時光,小編的高中數學老師為了啟發我們關於導數的概念,愣是講了一個晚自習。現在想想老師汗流浹背的樣子突然肅然起敬了。扯遠了回到正軌,牛頓是一名理科直男,將一生的時間都貢獻給了科學,終身未娶。萊布尼茲比牛頓同志好一些,離婚以後就再也沒娶了。兩人在書信往來中相互彌補,互相借鑑,同時又各有論述的提出了微積分。
  • 他的論文令「巴黎紙貴」,如果有沒他,第二次數學危機會持續更久
    柯西第一次清晰地闡明了「複變函數論」的概念,並且最先用「積分」來研究數學中各種各樣的問題,如「實定積分」的計算」、「級數與無窮乘積」的展開、用含「參變量」的積分表示「微分方程」的解等等。柯西所編寫的「分析課程」為推動「數學教育」起到了非常重要的作用。
  • 數學史上的三次數學危機
    在整個數學發展過程中,還有許多深刻的矛盾,例如有窮與無窮、連續與離散、存在與構造、邏輯與直觀、具體對象與抽象對象、概念與計算等等。 在數學史上,貫穿著矛盾的鬥爭與解決。當矛盾激化到涉及整個數學的基礎時,就會產生數學危機。而危機的解決,往往能給數學帶來新的內容、新的發展,甚至引起革命性的變革。
  • 利用導數證明不等式,構造函數在導數中起關鍵作用
    重塑師道尊嚴,讓老師教學更有趣回歸少年理想,讓學生學習更簡單備戰高考數學,每天積蓄力量>高中生數學學霸鍛造「1天1道」行動高頻題型一:不等式證明之構造新函數有的高考題型在考卷中常出現,而解決的方法大致相同,這樣就歸納出了一些常見的高頻題型,給出很多妙法巧解,刷題的時候不要只機械做題,從題目本身的思想方法去思考其中的道理。
  • 世界數學史上的三次數學危機
    數學中有大大小小的許多矛盾,例如正與負、加與減、微分與積分、有理數與無理數、實數與虛數等等。在整個數學發展過程中,還有許多深刻的矛盾,例如有窮與無窮、連續與離散、存在與構造、邏輯與直觀、具體對象與抽象對象、概念與計算等等。 在數學史上,貫穿著矛盾的鬥爭與解決。當矛盾激化到涉及整個數學的基礎時,就會產生數學危機。
  • 三次數學危機——長達一個世紀關於數學基礎問題的爭論
    無理數的發現以及芝諾悖論引發了第一次數學危機。過了兩百年,希臘數學家歐多克斯和阿契塔斯兩人給出了「兩個數的比相等」的新定義,建立起一套完整的比例論,其中巧妙避開了無理數這一「邏輯上的醜聞」,並保留住與之相關的一些結論,緩解了這次數學危機。
  • 數學史的三次數學危機
    數學中的矛盾既然是固有的,它的激烈衝突——危機就不可避免。 二、第二次數學危機 十七、十八世紀關於微積分發生的激烈的爭論,被稱為第二次數學危機。從歷史或邏輯的觀點來看,它的發生也帶有必然性。由此而引起了數學界甚至哲學界長達一個半世紀的爭論,造成了第二次數學危機。 無窮小量究竟是不是零?兩種答案都會導致矛盾。牛頓對它曾作過三種不同解釋:1669年說它是一種常量;1671年又說它是一個趨於零的變量;1676年它被「兩個正在消逝的量的最終比」所代替。但是,他始終無法解決上述矛盾。
  • [趣味數學]數學史上的三次危機
    這一悖論直接觸犯了畢氏學派的根本信條,導致了當時認識上的"危機",從而產生了第一次數學危機。  到了公元前370年,這個矛盾被畢氏學派的歐多克斯通過給比例下新定義的方法解決了。他的處理不可通約量的方法,出現在歐幾裡得《原本》第5卷中。歐多克斯和狄德金於1872年給出的無理數的解釋與現代解釋基本一致。今天中學幾何課本中對相似三角形的處理,仍然反映出由不可通約量而帶來的某些困難和微妙之處。
  • 弄明白導數在物理中的地位之後,你再也不會將物理當成文科來學了
    其根本的原因是,這個階段我們所運用的不再是小學階段的簡單數學知識,而是高等的「數學思想方法」,首當其衝的就是「導數法」。要想熟練地掌握「導數法」,就得對「導數」的概念有一個深刻的認識:「導數」在數學中的本質是通過「極限」的概念對「函數」進行局部的「線性逼近」。
  • 第三次數學危機及其意義
    第三次數學危機及其意義內容提要第三次數學危機及其意義(人物、危機產生、危機終結及意義)第二次數學危機及其意義(人物、危機產生、危機終結及意義
  • 三次數學危機如何破解?第三次危機遺留至今,暫無完美方案
    數學,這個我們從小就學的學科。在90後的小學印象中,語文和數學是並重的學科。前者是生活必備的語言,後者是邏輯基礎的工具。我們或許並不知道數的概念從什麼時候開始的。我們甚至不知道數學起源於文明的崛起還是人類意識中感性經驗自帶的邏輯基礎。結繩計數是考證最早人類有關數學工具的應用。
  • 格物致知丨第三次數學危機,理髮師逼瘋所有數學家的故事
    牛頓在創造微積分的時候,則引發了第二次數學危機,牛頓對於導數的定義並不太嚴密,比如說 x2 的導數,先將 x 取一個不為0的增量 Δx ,由 (x + Δx)^2 - x^2 ,得到 2xΔx + (Δx
  • 數學上的三大危機——羅素悖論
    上一次,我們談了第二次數學危機,今天我們繼續來談一談第三次數學危機——羅素悖論。
  • 數學史上的3次數學危機
    古希臘人在解決危機的過程中,把數和量區分開來,分而治之的策略使得算術、代數的發展受到極大的限制,而幾何學卻得到充分發展。經過數學危機的洗禮,古希臘人認識到:直覺、經驗是不可靠的,推理論證才是可靠的。這種轉變導致了公理幾何學與邏輯學的誕生。
  • 「集合」被譽為人類智慧的精品,它為何在數學中具有如此美譽?
    「集合」是高中階段極為重要的知識點,常與數列、函數、不等式、導數、解析幾何等知識點綜合在一起進行考察,難度非常之大,出現在最後一題的機率較大。19世紀,康託爾創立了「集合論」。函數是數學的靈魂,而「集合」是函數的基礎,現代函數就是以「集合」的概念來定義的,由此可見「集合」在現代數學中所處的無可比擬的重作用。「集合」的定義,用通倫的話來說就是:「確定的一堆東西」。現代的「集合」是這樣的:由一個或多個「確定」的元素所構成的「整體」。
  • 人類歷史上三次數學危機是如何破解的?第三次危機直到今天仍沒解決!
    在90後的小學印象中,語文和數學是並重的學科。前者是生活必備的語言,後者是邏輯基礎的工具。我們或許並不知道數的概念從什麼時候開始的。我們甚至不知道數學起源於文明的崛起還是人類意識中感性經驗自帶的邏輯基礎。結繩計數是考證最早人類有關數學工具的應用。這是一種多麼簡潔明了的數學表達形式。人類從一開始總是對自然世界抱有古樸的觀念。
  • 無理數與數學危機
    任何一個事件的發生既對事件的主體產生了作用,這是事件的主體效應,也對事件的「次體」產生了作用,這是事件的伴隨效應。主體性作用和伴隨性作用的對稱性或非對稱性的等效原理在經濟學的應用就是所謂的「溢出效應」,比如:三峽大壩的建成形成了發電、防洪、蓄水等數十項主體性功能,人們驚奇地發現,「春風又綠黃土高原」,黃土高坡的綠地化可能得益於三峽大壩區蓄水的氣候調節功能,三峽大壩植綠黃土高原,這可能在當初的大壩建設規劃中沒有考慮到,這是「天佑中國」的伴隨性功效。
  • 2017考研數學導數的幾大難點和重點:導數的應用和注意點
    導數定義是考研數學的出題點,大部分以選擇題的形式出題,01年數一考一道選題,考查在一點處可導的充要條件,這個並不會直接教材上的導數充要條件,他是變換形式後的,這就需要同學們真正理解導數的定義,要記住幾個關鍵點:  1)在某點的領域範圍內。