極限之美:直線是以無窮遠處為圓心,無窮長為半徑的圓的一段弧

2020-12-05 數學真美

「極限思想」的提出,拯救了差點被推翻的「微積分」,徹底地解決了第二次數學危機。從那以後,近代數學開始了迅猛的發展,在數學的推動下,人類科技創造了一個又一個輝煌。

其實早在三世紀中期,我國的數學家劉徽就發明了「割圓術」,這就是我國最早的「極限思想」,遙遙領先於世界。可惜我國古代重文輕理,數學一直被稱為「九九賤技」,研究數學被認為「玩物喪志」,數學家的地位普遍不高,導致數學的發展一直處於被抑制的狀態。

到了14世中葉,我國明朝大興八股取士,刪減了數學考試內容,一些己有的古代數學研究成果逐漸失傳,數學的發展更是陷入了全面停滯的狀態,使近代中國科技錯過了與世界同步快速發展的大好時機,直接導致了近代中國100年落後挨打的屈辱史!

西方的「極限思想」在16世紀才開始出現模糊的概念,比中國晚了1400多年。

16世紀資本主義開始萌芽,「算術」已經無法解決生產技術方面的問題。

荷蘭數學家斯泰文在研究「三角形的重心」時,首次真正意義上使用了「極限思想」。

到了十八世紀,西方在「極限概念」的指導下建立了一門劃時代的重要學科:「數學分析」。

「數學分析」又叫做「高級微積分」,主要內容為「微積分學」和「無窮級數」,其理論基礎為「實數」、「函數」和「極限」,而「極限思想」,則是最為有力的「數學思維」工具。

從此,近代中國的數學發展漸漸地與西方拉開了距離。近代中國的「數學思維」一直無法擺脫古代「算術」的固有思維,這直接導致「近代科技」發源於歐洲而不是中國。

「極限思維」是「微積分」用來研究函數問題的重要的思維方法,離開它,無數的難題都無法進行下去。

西方的數學在第二次數學危機時險些崩潰,在「極限思想」的指導下,才開拓出了一片新的天地。

到底什麼是「極限」?

現代數學對「極限」的定義比較複雜,但可以通俗地這樣描述:「無限靠近而永遠不能到達」。

舉一個有意思的例子來說明可能更容易讓人明白這句話的意思。

「1=0.999999……」是否成立?

用極限方法可以證明如下:

證明的結論為「等式成立」。

小夥伴們一定會拍案而起:這怎麼可能?

英國哲學家貝克萊也曾對此發起了猛烈的攻擊,他認為這是「分明的詭辯」。

而科技發展事實證明,以「極限理論」為基礎的「微積分」,是正確的!

如果沒有「極限思想」的出現,那麼由「微積分」引起的「第二次數學危機」將導致近代數學大廈轟然倒塌,人類的文明的發展,就會陷入長久的停滯。

隨著「極限理論」不斷的完善,促使人類跨入了輝煌的現代文明。

好了,說了這麼多,用我們今天的主題作為結尾:

「直線是以無窮遠處為圓心,無窮長為半徑的圓的一段弧。」

用「極限思想」分析如下:

在複變函數裡,當圓的半徑為無窮大時,那麼圓的方程可以轉換為直線方程,即:直線方程就是圓方程的「極限形式」。也就是:當圓無窮大時,曲率無限接近於零,就是直線!

這就是「極限思想」的魅力!

小夥伴們,你們對此有什麼看法呢?歡迎留言討論。

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