超實數系 R的引入

2021-07-03 07:45:13 字數 721 閱讀 9142

走進中學數學課堂,老師在黑板上劃一條幾何直線。對同學們提問:在這條直線上,有沒有兩個無限接近的點?同學們立刻譁然,今天老師是不是「頭腦發瘋」了?

老師對同學們說:現代量子物理學研究表明,空間中存在最短的「線段」(蒲朗克長度)。在幾何直線上,如果兩個點的距離小於這個最短的線段,那麼,這兩個點就叫做「無限接近」。在直觀上,同學們很容易接受這種說法。

然後,老師再對同學們說:這種幾何直線就是

1965

年美國數學家羅蘋遜引入的「超直線」(也叫」超實數「),不會導致邏輯矛盾。由此,引入定義「:與原點

o」無限接近「的數(點)叫」無窮小「,非零無窮小的倒數稱為」無窮大「。

當乙個動點

x無限接近某個固定點

a時,稱動點

x以固定點

a為」極限「。由此,無窮小微積分就容易講解了。但是,在我國中學數學課程中,老師為什麼不敢提出這種」無窮小微積分「的概念?其主要原因是:無窮小概念直接違反了老祖宗阿基公尺德的長度」公設「。

中學生學習一點新東西,天不會塌下來。實際情況是:幾何直線可以容納多種數學結構,遠非只有標準實數

r一種數系。當前,美國中學生一般都接受了超實數

*r的概念。

說明:在超直線上,」無限接近「是一種等價關係,有傳遞性。無限接近的點構成乙個」單子「(

monad

),這是萊布尼茲的概念。在有限單子中只有乙個」標準實數「,這等價於實數系的完備性。

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