继欧几里得几何后,数学中最大的创造来了(M·克莱因说的)
微积分主要解决四类问题:一、距离是时间的函数,求速度、加速度;加速度是时间的函数,求速度、距离。难点:速度、加速度每时每刻都在变化,如果用求平均速度的办法v=Δs/Δt,,而瞬时移动的距离和时间都为0,0/0是无意义的。二、求曲线的切线,在光学中研究光线通过透镜的路径。三、求函数的最大值、最小值。四、求曲线长、曲线围成的面积/体积、行星作用一物体上的引力……
在牛顿和莱布尼茨之前,17世纪已有很多数学家探索过微积分的问题。罗贝瓦尔(1602-1675)推广了阿基米德求切线的方法,把切线看作水平和垂直方向速度的合速度。费马(1629)设计了现在求切线的方法,利用增量的极限求切线。牛顿的老师艾萨克巴罗(1630-1677)也给出了求切线的方法(牛顿说自己站在巨人的肩膀上,也是符合事实的),1669年辞去了教授席位并让给了牛顿,然后去搞神学了(也就是说39岁撂挑子让26岁的牛顿当教授了,很难不怀疑神学相当于公务员……)
开普勒开启了求面积、体积、重心、曲线长的工作,他用无数个同维无穷小元素之和计算曲边形面积和体积,认为直线和无穷小面积没有差别。伽利略也有类似想法,他的学生卡瓦列里认为面积由无数等距平行线段构成,体积由无数平行平面距离构成,这些元素叫面积和体积的不可分量,并得出卡瓦列里定理:如果两立体等高,平行于底面且离开底面等距离的截面面积总有一定比时,立体体积也有这个比。通过使用无穷窄的矩形和求曲线下面积,费马在1636年就得出a^n积分=a^(n+1)/(n+1)(省略+C)(n不等于-1)(罗贝瓦尔、托里拆利、卡瓦列里均独立得出该结论)
在牛顿和莱布尼茨之前,沃利斯(1616-1703)把分析方法引入微积分。他二十岁才学数学(在剑桥大学神学院读书,数学是自学的,但是在牛津当了几何教授,成为了当时英国仅次于牛顿的数学家),主要贡献是通过分析计算圆面积得到了π的新表达式。
无关八卦:此人还是个爱国主义者,运用了数学知识破译了英国保皇派(1642-1651英国议会派与保皇派搞武装冲突和政治斗争)的密码,莱布尼茨问他要密码技术的时候,他拒绝了(莱布尼茨咋这么自信)。他在语言学上做了一些研究,为他教聋哑人说话提供了理论基础。他特别热衷于和笛卡尔之类的外国人争论,认为同胞牛顿创造了微积分,莱布尼茨是剽窃者。
Gregory of Saint-Vincent(1647)给双曲线和对数函数的联系提供了证据,Alfons A.de Sarasa(1618-1667)注意到面积能解释成对数。1665年左右牛顿也注意到双曲线下面积与对数的关系。
罗贝瓦尔求出了摆线的一个拱的长度。费马也计算了一些曲线的长度。当时的人用内接多边形接近曲线。惠更斯(1629-1695)给出了蔓叶线的弧长,第一个得出球以外表面积的结果(如抛物面、双曲面)。
在牛顿和莱布尼茨之前,数学家已经做了大量工作,并在偶然情况下意识到积分和导数的关系(如面积与切线),但是他们没有察觉到普遍的联系。