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)
n=, , ,….. (S还是有限个数之和)
考察n+∞的过程, (S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n=6个扇形,每个扇形用三角形近似:
=RRsin (:三角形面积)
S6=3sin (S:圆面积)
误差率: ==1- 17.30%
把圆等分成n=60个扇形.
=RRsin
误差率: ==1- 0.18%
把圆等分成n个扇形,考虑n +∞ 的过程.
=RRsin
n=sin
= [sin]= [n sin]
=[2]=
=
可见,n有限时,总有=>0. 即用三角形面积和n近似圆面积S,总有误差!
n +∞ 时,nS. 即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!
arctanx= x-+-…+(-1) n+… (-1x1)
取x=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
|
[1-+-…+] 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.
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前15位的精确值
|
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3.141 5926 5358 979 3
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