微积分的基本分析方法,微积分的地位和作用论文

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摘要: 微积分世界近代数学的重要内容,也是近代数学进一步发展和拓展的重要基础。本文以微积分的产生与发展作为切入点,分析了微积分在近代数学中的地位,指出微积分是近代数学的重要组成内容,近代数学发展的基础,近代数学发展的里程碑。最后本文论述了微积分的作用,指出了微积分推动了数学自身的发展,推动其它学科的发展,推动了人类文明和科学技术的发展。

关键词: 微积分;近代数学  产生  发展  地位  作用

1. 引言

17世纪到19世纪是近代数学发展的重要时期,在这一时期数学最大和最有影响的发展莫过于微积分的产生和应用。微积分的内容包括极限、微分学、积分学及其应用,是一门研究变化、运动的学科。这门学科的创立不仅极大的推进了数学自身的发展,而且影响和推动了其它学科的发展,并进而对人类社会的生产时间产生影响。本文探讨了微积分在数学中的地位,同时揭示了其对于当代数学的发展以及其它自然、人文、社会科学发展的作用。

2. 微积分产生与发展

2.1 微积分的产生

微积分思想的萌芽出现得比较早,中国战国时代的《庄子.天下》篇中的“一尺之棰,日取其半,万事不竭”,就蕴涵了无穷小的思想。古希腊数学家阿基米德在公元前三世纪运用杠杆原理推导出了球体的体积公式,就包含了定积分的基本原理。之后,到了17世纪,欧洲许多数学家也开始运用微积分的思想来求极大值与极小值,以及曲线的长度等等。帕斯卡在求曲边形面积时, 用到“无穷小矩形”的思想, 并把无穷小概念引入数学, 为后来莱布尼兹的微积分的产生奠定了基础。

2.2 微积分的发展

微积分的正式诞生是在17世纪的后半期,牛顿和莱布尼兹在求积问题与作切线问题之间的互逆关系的基础上创立了微积分的基本定理,并且对无穷小算法进行了归纳与总结,正式创立了微积分这一数学中的重要运算法则。之后,随着数学科学的发展,微积分得到了进一步的发展,其中欧拉对于微积分的贡献最大,他的《无穷小分析引论》、《微分学》、《积分学》三部著作对微积分的进一步丰富和发展起了重要的作用。之后,洛必达、达朗贝尔、拉格朗日、拉普拉斯、勒让德、傅立叶等数学家也对微积分的发展作出了较大的贡献。由于这些人的努力,微分方程、级数论得以产生,微积分也正式成为了数学一个重要分支。

3. 微积分在近代数学中的地位

3.1微积分是近代数学的重要组成内容

微积分是近代数学的重要组成内容。微积分是微分学和积分学的总称,微分学包括极限理论、导数理论、微分理论等等,微分学还有一元微分、多元微分,并进一步发展出常微分方程、偏微分方程等等数学知识,微分学的核心思想就是以直代曲,即在微小的邻域内,可以用一段切线段来代替曲线以简化计算过程。积分学由定积分、不定积分理论组成,积分是微分的逆运算,定积分就是把图像无限细分,然后在进行累加,而不定积分是对已知的导数求其原函数,定积分和不定积分联系起来就是著名的牛顿——莱布尼兹公式,若 那么 (上限a下限b)=F(a)-F(b),牛顿——莱布尼兹公式也就是微积分的基本定理。

3.2微积分是近代数学发展的基础

著名的数学家、计算机的发明者冯.诺依曼曾说过:“微积分是近代数学中最伟大的成就,对它的重要性无论做怎样的估计都不会过分。”由此可见,微积分在近代数学发展中的作用。微积分是整个近代数学的基础,有了微积分,才有了真正意义上的近代数学。微积分是一种重要的数学思想,它反映了自然界、社会的运动变化的内在规律,它紧密的与物理学和力学联系在一起,它的产生可以说是数学发展的必然。正如恩格斯所说的:“数学中的转折点是笛卡儿的变数。有了变数,运动进入了数学,有了变数,辩证法进入了数学,有了变数,微分和积分也就立刻成为必要的了,而它们也就立刻产生,并且是由牛顿和莱布尼茨大体上完发的,但不是由他们发明的”。因此,微积分是近代数学发展的基础。

4. 微积分的作用

4.1微积分推动了数学自身的发展

微积分和解析几何创立之后,就开辟了数学发展的新纪元。通过微积分,数学可以描述运动的事物,描述一种过程的变化。可以说,微积分的创立改变了整个数学世界。微积分的创立,极大的推动了数学自身的发展,同时又进一步开创了诸多新的数学分支,例如:微分方程、无穷级数、离散数学等等。此外,数学原有的一些分支,例如:函数与几何等等,也进一步发展成为复变函数和解析几何,这些数学分支的建立无一不是运用了微积分的方法。在微积分创设后这三百年中,数学获得了前所未有的发展。

4.2微积分推动了其它学科的发展

微积分的建立推动了其它学科的发展,数学本身就是其它学科发展的理论基础,尤其是天文学、力学、光学、电学、热学等自然学科的发展。微积分成了物理学的基本语言,而且,许多物理学问题要依靠微积分来寻求解答。微积分还对天文学和天体力学的发展起到了奠定基础的作用,牛顿应用微积分学及微分方程为了从万有引力定律导出了开普勒行星运动三大定律。其它学科诸如化学、生物学、地理学、现代信息技术等这些学科同样离不开微积分的使用,可以说这些学科的发展很大程度上时由于微积分的运用,这些学科运用微积分的方法推导演绎出各种新的公式、定理等,因此微积分的创立为其他学科的发展做出了巨大的贡献。

4.3微积分推动人类文明的发展

微积分由于是研究变化规律的方法,因此只要与变化、运动有关的研究都要与微积分有关,都需要运用微积分的基本原理和方法,从这个意义上说,微积分的创立对人类社会的进步和人类物质文明的发展都有极大的推动作用。现在,在一些金融、经济等社会科学领域,也经常运用微积分的原理,来研究整个社会、整个经济的宏观和微观变化。此外,微积分还广泛的运用于各种工程技术上面,从而直接的影响着人类的物质生活,例如:核电工程的建设,火箭、飞船的发射等等,这些人类文明的重大活动都与微积分的运用有着密切的关系。

结语

综上所述,微积分的创立在数学发展史上是一个重要转折,它不但成为高等数学发展的基础,也成为了众多相关科学发展的数学分析工具。毋庸置疑,随着现代科学的发展和各学科间的相互交融,微积分与数学仍将会进一步丰富和发展,人们也要进一步将微积分和数学的理论应用于实践,从而为人类社会作出更大的贡献。

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