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微积分学中“有限”“无限”的思想和方法

发布者:  时间:2018-05-03 00:00:00  浏览:

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微积分学是现代数学的最主要基础之一,也是实际应用最为广泛的数学学科之一。

研究的对象:(实)函数。

基础方法(基本算法):极限。

主要方法(主要算法):求导、积分。

?

微积分学采用了一套极为独特的思想和方法,来研究函数的性质。这就是有限与无限辩证统一的思想和方法。

?

一、思想方法的基础

事物是有限与无限的辩证统一体。这正是微积分学得以成功的的客观基础。?????

正方形面积S=44=16,?这个量目前采用的是有现形式。

分成n=7块儿,?S=++…+=16,???????????S改写成7个数之和)

分成n=12块儿,S=++…++…+=16,???S改写成12个数之和)

分成n块儿,???S=++…+=16,???????????S改写成n个数之和)

苍=,?,?,…..????????????????????????S还是有限个数之和)

考察n+∞的过程,????(厂不再是有限个数之和,而是无限多个数之和

这时,S是有限、又是无限——是有限和无限的统一体。

极限,正是有限与无限统一的、最基础的数学概念。

在极限的基础上,建立了连续、导数、积分、级数等更为复杂数学概念。到了这个时候,很难再区分极限是一种思想、还是一种方法?

可以说,极限就是有限无限统一.

?

二、思想方法的意义

很多同学不理解:一个有限的东西,偏要把它搞成无限形式,何苦呢?

抽象地讲:有限领域,有自己特有的规律性;无限领域,也有独特的规律性。

实际地讲:有些问题,在有限领域无法解决,到了无限领域就容易了。

例如:圆的面积问题.?(半径R

???????????????

把圆等分成苍6个扇形,每个扇形用叁角形近似:

??????????????=搁搁蝉颈苍?????????????(:叁角形面积)

??????????????S6=3sin?????????????????(S:圆面积)??

误差率:??????==1-??17.30%??

把圆等分成苍60个扇形.

???????????????=搁搁蝉颈苍

误差率:???????==1-?0.18%???

把圆等分成n个扇形,考虑苍??????+∞?的过程.?

=搁搁蝉颈苍

????????????????n=sin

????????????????=?[sin]=?[n?sin]

=[2]=

=??

可见,n有限时,总有=>0.?即用叁角形面积和n近似圆面积S,总有误差!

苍??????+∞?时,苍厂.?n无限接近S.??这个过程,就是无限领域的规律性发挥了作用。

?

接下来的问题是:怎样计算=?

我们知道:arctan1,是有限形式。

现在,想办法使它变成无限形式!

补谤肠迟补苍虫=?虫-+-…+(-1)?苍+…??(-1虫1)??

取虫=1得???????????????????=1-+-…++…????????????????(*)

?

(*)的意义之一:把有现形式改变成无限形式了。或者说,(*)揭示一个深刻的规律:“既是有限,又是无限!”

(*)的意义之二:它是一个工具,借助于计算机,求,实现“要多精确,就可以多精确!”

?

????????????????????????用Matlab计算的近似值??

n

?摆1-+-…+闭?4???

10

3.041?8396?1892?9403

1,000

3.140?5926?5383?9794

100,000

3.141?5826?5358?9720

1,000,000

3.141?5916?5358?9774????????用时0.068824″.??

10,000,000

3.141?5925?5358?9792????????用时0.695967″.

100,000,000

Out?of?memory.???

?

15位的精确值

?

3.141?5926?5358?979?3????

?

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