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請問這樣的數學證明意義在哪裡呢?

作者:由 Reuental 發表于 遊戲時間:2022-09-30

其實說白了就是嚴密性的問題

人家Weierstrass搞出ε-N語言和ε-δ語言,就是為了消除之前“某某變數無限趨向於某某數”這種類似“運動”的在數學上含糊不清的、沒有嚴格定義的概念

關於ε語言的好處,你可見我這個回答:

明明現在用的微積分符號都是萊布尼茨發明的,為什麼都說牛頓更偉大?

簡單來說,牛頓、萊布尼茨他們創立的微積分,其基礎——極限的嚴密性一直受到懷疑,質疑者甚至包括馬克思

許多後世的數學家試圖將極限嚴密化

麥克勞林

(Colin Maclaurin,1698年——1746年,蘇格蘭數學家)試圖從瞬時速度方面解釋,

泰勒

(Brook Taylor,1685年——1731年,英國數學家)則試圖用差分法解釋,顯然路子都不對

達朗貝爾

(Jean le Rond d‘Alembert,1717年——1783年,法國數學家、物理學家、天文學家)將微積分的基礎歸為極限,並將極限解釋為“一個變數趨近於一個固定量,趨近的程度小於任何給定的量”,這已經有用ε-語言描繪極限的影子了

之後,

波爾查諾

(Bernard Bolzano,1781年——1848年,波西米亞數學家、邏輯學家、哲學家)、

阿貝爾

(Niels Henrik Abel,1802年——1829年,挪威數學家)、

柯西

等人是真正開始把分析學嚴密化的

柯西

(Augustin-Louis Cauchy,1789年——1857年,法國數學家、物理學家)這麼定義極限:“若代表某變數的一串數值無限地趨向於某一數值,其差可以任意小,則該固定值稱為這一串數值的極限”,並把導數定義為

\frac{\Delta y}{\Delta x}

的極限,把定積分定義為一個和式極限

離最後一步真正的嚴密化,就差一點點了

德國數學家

魏爾斯特拉斯

(Karl Weierstrass,1815年——1897年)邁出了最後一步,他反對“變數無限地趨向於某一數值”這一類籠統的說法,他認為應該將極限描述成變數

x

在區間

\left( x_{0}-\delta, x_{0}+\delta\right)

取值時,

f\left( x \right)

在區間

\left( f\left( x_{0} \right)-\varepsilon,f\left( x_{0} \right)+\varepsilon \right)

上取值,而這個正數

\varepsilon

可以任意小

這樣,最終得到現在通用的邏輯嚴密的函式極限的ε-δ定義:

\forall \varepsilon>0 \quad \exists \delta>0 \quad \forall x \;\quad \bigg[ 0<|x-x_{0}|<\delta  \Longrightarrow |f\left( x \right)-A|<\varepsilon \bigg]

數列極限的ε-N定義,以及其他形式的函式、數列極限與之類似,這裡不一一列舉

數學中另有其他的嚴密方法描述、定義極限,比如拓撲學中可以用濾子基的語言定義極限,但這顯然比ε語言更復雜,更不適合初學者

不過得承認,對於微積分的初學者,尤其是非數學專業的,確實不應該一上來就用ε語言定義極限,完全可以先講微積分的主要內容,等你對微積分有個大概的瞭解後,再講ε語言

龔昇老師的《簡明微積分》就是這麼安排的:

寫得非常好

標簽: 極限  微積分  定義  數學家  語言