最近在思考导数的定义,这一思考不要紧,脑子更混乱了,一下子冒出很多问题,比如:
以上问题我想了半天,在知乎上找到一篇文章,读完之后豁然开朗,在些记录一二。引用框里是我的思考,外面是作者的原文。在此感谢原文作者齐昱的分享。
导数的定义,通俗的讲,很简单,是曲线的切线的斜率
问题来了,什么是切线?
圆的切线我们都知道,垂直于半径就行了。一般的曲线呢?我们无法定义出一个类似“半径”的东西,然后做垂直。要知道,曲率半径是由导数定义的啊。先有了导数才有了曲率半径这种东西。
于是我们回到最原始的“切线”的定义。
曲线上两个点确定一条割线。当两个点足够靠近的时候,割线变成了切线。
好,什么叫足够靠近?足够靠近的两个点,是一个点还是两个点?
如果是两个点,这还是割线。如果是一个点,那直线是怎么画出来的?
于是人们陷入了困惑。然而,“极限”思想出现了。这时候人们从另一条路去考虑切线的问题。
人们慢慢接受了用ε-δ语言,去理解“无穷小”,“无限接近”等概念。
这是人类数学史上伟大的进步。
我们可以理解成这样:
一条曲线的割线,总是有斜率的。
固定住一个点,让另一个点去靠近它,这时候斜率在发生变化。
但是这些斜率有一个特点,就是它们可以在两个点越来越近的时候,越来越接近一个数值。
诶,这个值,就叫做【导数】了。
当然我们可以严格的用ε-δ语言写出它,此处就略了吧。
原先我们想,严格的画出曲线的切线,测出它的斜率,把它叫做导数。
可是实际上,我们画不出切线,但是我们却先求出了导数。
可见极限,是个好东西啊。
【各位记着我这句话,切线是算出来的,不是画出来的。 】
导数定义完了。
......
芝诺悖论(飞矢不动悖论):一个飞出去的箭,让时间停止,这时候箭有速度么?
按常识(当时的常识),没有。
下一时刻再让时间停止,箭有速度么?
还是没有。
每一时刻箭都没有速度,那它是怎么走的呢?
那岂不是飞矢不动?
牛顿对这个问题进行了深入的研究。研究的第一步,是问了自己这样的问题:
什么是一个物体在某一时刻的瞬间的速度?
这个时候牛顿用已经定义好的极限概念(当然是ε-δ语言),去定义瞬间的速度(后来叫做瞬时速度),发现这个定义意外的好用。
它定义了以前未定义的量,并且求出了值!
这时候芝诺悖论被攻破了。我能算出某一瞬间的速度值,你还能说它是静止的吗?
注意,极限是用ε-δ语言定义的,在这个定义中,并没有真正的去测一个凝固时间的速度。而是用极短时间的速度来逼近。
换句话说,瞬时速度不是测出来的,是算出来的。
用工具去测瞬时速度,就陷入了芝诺悖论。
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