理论教育 穷竭法与积分理论的应用

穷竭法与积分理论的应用

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:公元前2世纪,古希腊数学家阿基米德对“穷竭法”做出了最巧妙的应用,他在《论抛物线求积法》中用“穷竭法”求抛物弓形的面积,构造一系列三角形,使它们的面积之和不断接近抛物弓形的面积,这就是积分理论的最初形式。本文所述的“无穷小量的求和”,就是“穷竭法”思想在求图形面积与体积问题上的体现。具体地讲,就是把所要求的量写成无限增加多个无限减小项之和的极限。

穷竭法与积分理论的应用

17世纪70年代,人类完成了一项伟大的发明:微积分牛顿(Isaac Newton,1643—1727)和莱布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibniz,1646—1716)在前人数学研究工作的基础上,发现了微分与积分之间的本质联系,创建了微积分学科。微积分的诞生具有划时代的意义,它是人类探索大自然的一项伟大成功,是人类科技史乃至文明史上的一个里程碑,也是人类思维的最伟大成就之一。

恩格斯曾说:“在一切理论成就中,未必再有什么像17世纪下半叶微积分的发现那样被看作人类精神的最高胜利了。”

积分学的发展起源于对平面与空间图形求面积与体积的问题。早在公元前5世纪,古希腊数学家安提丰(Antiphon,前426—前373)就创立了“穷竭法”,他指出圆内接正多边形当边数不断增加,最后多边形就与圆相合。公元前2世纪,古希腊数学家阿基米德(Archimedes,前287—前212)对“穷竭法”做出了最巧妙的应用,他在《论抛物线求积法》中用“穷竭法”求抛物弓形的面积,构造一系列三角形,使它们的面积之和不断接近抛物弓形的面积,这就是积分理论的最初形式。在《论球和柱体》一书中,阿基米德首先得到了球和球冠的表面积、球和球缺的体积的正确公式。阿基米德的著作代表了古希腊数学的顶峰。(www.daowen.com)

本文所述的“无穷小量的求和”,就是“穷竭法”思想在求图形面积与体积问题上的体现。具体地讲,就是把所要求的量(面积或体积)写成无限增加多个无限减小项之和的极限(或无限增加多个无穷小量之和的极限)。用通俗的话来说,当我们无法直接求某一图形的面积(或体积)时,可以将图形划分为许多细条(或细片),对细条的面积(或细片的体积)用近似值代替,把它们加起来得到的是图形面积(或体积)的近似值。要得到图形面积(或体积)的精确值,只需要让划分越来越细,这就是求极限的过程。需要指出的是,数学家们并不是一开始就找到这个方法的,这个方法是经过了几十代人长期的努力而得到的。

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