我國高等數學教材不能誤導學生

2021-08-09 09:26:02 字數 1471 閱讀 4305

我國高等數學教材不能誤導學生

4年前,我提出這個觀點,至今無人理睬。現在,重新發布此文,以饗讀者。

袁萌  10月16日

附:關於傳統微積分學的病態

2013-10-12

在傳統微積分學中,關於函式f的

(逐點定義

)導數(

derivatives

)是乙個最基本的概念。但是,它有時卻給傳統微積分學帶來了麻煩,使傳統微積分學出現反直觀的「病態」(

pathology

)。給定函式

f(x) = 0,

if x = 0;

f(x) = x + x2sin(

π/x)

if x ≠0

注:式中」

x2」代表

x的二次方。

容易證明,該函式f在

0點處的導數值

f'(0) = 1 > 0

,但是,該函式

f在包含

0點的任意領域內都不是「增函式」,函式圖形呈現出上下擺動狀態,直接違反了人的直觀預期。

我國現行普通高校「十一五」國家級規劃教材《高等數學》(同濟大學編寫)第三章第四節(函式單調性的判定,第

145頁)寫道:「

......

函式的單調性與導數的符號有著密切的聯絡」,嚴重誤導了

90後在校大學生。

針對逐點定義導數的這種「病態」,

k.d.stroyan

教授建議採用所謂」一致性導數「(

uniformderivatives

)。實際上,引入「一致性導數」的最佳途徑是回歸無窮小微積分學。

在無窮小微積分學裡面,如果函式

f滿足條件:(*

)f(x + ∆x)- f(x) = f'(x)∆x + ε ∆x ∀x

∈(a,b)

其中∆x

與ε都是所謂的「無窮小」,則稱函式

f'是函式

f在開區間(a,

b)中的「一致性導數」。

我們注意一件很有意思的事情:在以上(

*)式中,如果在

∆x的尺度上來看該函式的微觀區域性圖形(表現),由於「ε

∆」這一尾項是相對於

∆x的更為微小的」數量「(

teeny tinyquantity

),因而,用肉眼是應該看不見的。這就是說,上述(

*)式變成了

f(x + ∆x) - f(x)= f'(x)∆x

,這正好是一條無窮小的直線段,印證了「

curves consist ofinfinitesimal straight segments」

這句古話,意思是,曲線是由無窮小的直線段所組成。嚴格地講,傳統微積分學關於曲線與其切線的示意圖都是脫離實際的,完全是杜撰出來的。

當前,在科技發達國家,無窮小又回歸微積分學。這是不奇怪的事情,因為,基於現代數學嚴格意義上的無窮小(量)只是一種無限接近於零的超實數而已,不是什麼」玄學「的研究物件。

(全文完)

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