【填词】《沁园春·第二次数学危机》
5/11/2014 12:18:00 上午 发帖者 流水弦歌
背景:17世纪晚期,形成了微积分这门学科。牛顿和莱布尼兹被公认为微积分的奠基者,他们的功绩主要在于:把各种有关问题的解法统一成微分法和积分法;有明确的计算步骤;微分法和积分法互为逆运算。由于运算的完整性和应用的广泛性,微积分成为当时解决问题的重要工具。
然而在微积分大范围应用的同时,关于微积分基础的问题也越来越严重。关键问题就是无穷小量究竟是不是零?无穷小及其分析是否合理?由此而引起了数学界甚至哲学界长达一个半世纪的争论,造成了第二次数学危机。
直到19世纪20年代,一些数学家才比较关注于微积分的严格基础。从波尔查诺、阿贝尔、柯西、狄里赫利等人的工作开始,到魏尔斯特拉斯、狄德金和康托的工作结束,中间经历了半个多世纪,基本上解决了矛盾,为数学分析奠定了一个严格的基础。
本阕的有关内容到柯西和魏尔斯特拉斯止,只述各有其功,严密化工作非一人之力,对文中数学巨匠无褒贬之意,观者自知。推荐对数学史感兴趣的朋友阅读克莱因的《数学:确定性的丧失》和《古今数学思想》。
《沁园春·第二次数学危机》
流数微积,当日窥瞥,上帝之书。
定无穷小量,渐趋形隐,微分算子,不惧零除。
推演相生,无穷级数,力擘天穹拔畏途。
高楼立,惜追源溯本,纷乱还殊。
飞台悬阁将扶,柯西引,缀修魏氏趋。
讶可微连续,不相牵涉,散发收敛,必较锱铢。
拉普拉斯,天骄巨匠,对此惊闻亦蹴躇。
倘早识,纵莱哲牛圣,弃笔当初。
自注:
(1)第二次数学危机:指发生在十七、十八世纪,围绕微积分诞生初期的
基础定义展开的一场争论,这场危机最终完善了微积分的定义和与实数相关的
理论系统,同时基本解决了第一次数学危机的关于无穷计算的连续性的问题,
并且将微积分的应用推向了所有与数学相关的学科中。
(2)上帝之书:伽利略曾言,“数学是上帝用来书写宇宙的文字”。
(3)“无穷小量”句,指牛顿的方法;“微分算子”句,指莱布尼茨的方法。
(4)“力搫天穹”句:指由微积分基础上创建起来的牛顿力学,在天体力学以及其他各领域的跨时代发展。
(5)柯西、魏氏:指从柯西开始以极限定义严密化微积分基本概念的尝试,
魏尔斯特拉斯后续完善补足了柯西的工作。
(6)“可微连续”句:可微(可求导数)一定连续,连续则不一定可微,
魏尔斯特拉斯甚至曾经构造出一个处处连续、但是处处不可微的函数(可说是最早
提出的分形函数),颠覆了传统数学界对于连续和可微的观念,震惊了数学界。
(7)“散发收敛”句:自牛顿开始,柯西之前的数学家广泛随意使用无穷级数计算数值,并取得了巨大成功。但无穷级数(尤其是发散无穷级数)求和的结果是否有效,数学界始终存在着争议。柯西提出了无穷级数收敛以及一致收敛的判定标准,开始解决此类问题。
(8)“拉普拉斯”句:相传在一次科学会议上,柯西提出了级数收敛性的理论。著名 数学家拉普拉斯听过后非常紧张,便急忙赶回家,闭门不出,直到对他的《天体力学》中所用到的每一级数都核实过是收敛的以后,才松了口气。
(9)蹴躇:音“促除”,踌躇,犹豫。
(10)莱哲牛圣:指莱布尼茨和牛顿。
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