贝克莱悖论与第二次数学危机
同学们刚开始学习导数的时候想必对这个问题感到困惑过:“无穷小量究竟是不是零?”比如求f(x)=x2的导数,先取一个不为0的x的增量Δx (Δx无穷小),则f′(x)=■=■=2x+Δx;然后令Δx=0,求得导数f′(x)=2x。既然之前能够作为除数,说明Δx≠0;但最后又令Δx=0,那Δx究竟是什么呢?
17世纪,牛顿和莱布尼兹在同一时期各自***创立了微积分,微积分成为了重要的数学工具。但他们的理论都是不严格的,对作为基本概念的无穷小量的理解与运用是混乱的,始终无法就“无穷小量是不是零”作出明确回答。因此微积分从诞生起就遭到了一些学者的反对与攻击,例如法国著名数学家罗尔曾说:“微积分是巧妙的谬论的汇集。”其中攻击得最猛烈的是贝克莱。
贝克莱是18世纪的英国哲学家,著名哲学命题“存在即是被感知”就是他提出的。1734年,他署名“渺小的哲学家”出版了一本小册子――《分析学家,或致一位不信神的数学家》。在这本小册子中,他指责牛顿的微积分理论是“依靠双重错误得到了不科学却正确的结果”。因为无穷小量在牛顿的理论中一会儿是零,一会儿又不是零,于是贝克莱嘲笑无穷小量是“已死量的幽灵”。
这就是数学史上喧嚣一时的“贝克莱悖论”。由于这一悖论揭示出了早期微积分基础中一直回避的“逻辑丑闻”,因而在当时的数学界引起了一定的混乱,由此导致了“第二次数学危机”。
针对贝克莱的攻击,牛顿与莱布尼兹都曾试***通过完善自己的理论来解决问题,但都没有获得成功。直到19世纪20年代,法国数学家柯西在这个问题上迈出了第一大步。他在1821年出版的《代数分析教程》中从变量出发,抓住极限的概念,指出无穷小量不是固定的量而是以零为极限的变量,给出了关于无穷小量的比较明确的定义。不过,由于当时严格的实数理论尚未建立起来,所以柯西的极限理论也还是不完善的。
19世纪70年代初,魏尔斯特拉斯、戴德金、康托尔等人建立了实数理论,并在此基础上建立了严谨的极限理论。由此,沿着柯西开辟的道路,众多数学家一同完成了微积分理论的逻辑奠基工作。
微积分学坚实基础的建立,结束了关于“无穷小量是否为零”的争论局面,同时也宣布了第二次数学危机的圆满解决。
亲和数
数字之间也有“好朋友”,这是毕达哥拉斯的重大发现。如284和220就是一对“好朋友”,因为284的所有真因子之和等于220,而220的所有真因子之和又等于284,即284=1+2+4+5+10+11+20+22+44+55+110,220=1+2+4+71+142。毕达哥拉斯认为这象征着友谊,因此把这样的数叫做“亲和数”。
寻找亲和数十分不容易。在毕达哥拉斯找到了第一对亲和数之后,直到两千多年后的1636年,才由法国“业余数学家之王”费马找到了第二对:17296=24×23×47,18416=24×1151。
迄今为止,人们找到了不下千对的亲和数,如1184和1210,2620和2924,5020和5564,6232和6348等。你要不要也来找找看?
罗密欧的第二次旅程
在前几期杂志中我们曾经帮罗密欧找到了一条通往朱丽叶的道路,现在罗密欧又碰到了难题,我们再一起来帮他想想办法吧。
罗密欧要以尽可能少的转弯经过每个白格,一个白格可以经过两次,但不能重复经过同一个格子的同一个角,也不可以进入黑格。
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