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微积分的发展历程

发布日期:2010-09-18    点击:

第二篇论文《流数法》可以看作是1666年《流数简论》的直接发展。牛顿在其中又恢复了运动学观点,但对以物体速度为原形的流数概念作了进一步提炼,并首次正式命名为“流数”(fluxion)。牛顿后来对《流数法》中的流数概念作了如下解释:

“我把时间看作是连续的流动或增长,而其他量则随着时间而连续增长,我从时间的流动性出发,把所有其他量的增长速度称之为流数,又从时间的瞬息性出发,把任何其他量在瞬息时间内产生的部分称之为瞬”。

《流数法》以清楚明白的流数语言表述微积分的基本问题为:

“已知表示量的流数间的关系的方程,求流量间的关系”。

流数语言的使用,使牛顿的微积分算法在应用方面获得了更大的成功。

无论是《分析学》还是《流数法》都是以无限小量作为微积分算法的谁基础,所不同的是:在《流数法》中变量x,y的瞬 , 随时间瞬o而连续变化;而在《分析学》中变量x,y的瞬则是某种不依赖于时间的固定的无限小微元。大约到17世纪80年代中,牛顿关于微积分的基础在观念上发生了新的变革,这就是“首末比方法”的提出。首末比法最先以几何形式在《自然哲学的数学原理》一书中发布,其详尽的分析表述则是在其第三篇微积分论文《曲线求积术》中给出的。

《曲线求积术》是牛顿最成熟的微积分著述。牛顿在其中改变了对无限小量的依赖并批评自己过去那种随意忽略无限小瞬o的做法:“在数学中,最微小的误差也不能忽略。……在这里,我认为数学的量不是由非常小的部分组成的,而是用连续的运动来描述”。在此基础上定义了流数概念之后,牛顿写道:“流数之比非常接近于在相等但却很小的时间间隔内生成的流量的增量比。确切地说,它们构成增量的最初比”。牛顿接着借助于几何解释把流数理解为增量消逝时获得的最终比。他举例说明自己的新方法如下:

为了求 的流数,设x变为 , 则变为

,构成两变化的“最初比”:

,然后“设增量o消逝,它们的最终比就是 ”,这也是x的流数与 的流数之比。

这就是所谓“首末比方法”,它相当于求函数自变量与因变量变化之比的极限,因而成为极限方法的先导。

牛顿在《曲线求积术》中还第一次引进了后来被普遍采用的流数记号: , , 表示变量x,y,z的一次流数(导数), , , 表示二次流数, , , 表示三次流数,等等。

牛顿对于发表自己的科学著作态度谨慎。除了两篇光学著作,他的大多数菱都是经朋友再三催促才拿出来发表。上述三篇论文发表都很晚,其中最先发表的是最后一篇《曲线求积术》,1704年载于《光学》附录;《分析学》发表于1711年;而《流数法》则迟至1736年才正式发表,当时牛顿已去世。牛顿微积分学说最早的公开表述出现在1687年出版的力学名著《自然哲学的数学原理》(Philosophiae naturalis principia mathematica,以下简称《原理》)之中,因此《原理》也成为数学史上的划时代著作。

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