在上一节中,我们提到了逻辑上的一个巨大问题。 牛顿流算中的变量o或莱布尼茨的无穷小dx,在同一过程中有时为0有时不为0,始终困扰着数学专家研究微积分的本质,最终引发了第二次数学危机。 最激烈的批评是英国哲学家乔治·伯克利,克罗恩主教,他的观点很简单:即使微积分的结果是正确的,但基础薄弱,结果是没有意义的。 好吧,从哲学上讲,它很有道理,确实无法反驳。
为了解决这个问题,达朗贝尔、拉格朗日等著名数学家试图对无穷小量给出一个合理的解释。 达朗贝尔提出极限概念,拉格朗日试图把一般函数展开为无穷级数,两者都避免使用无穷小的概念,但都以失败告终。 直到19世纪初,法国数学家奥古斯丁-路易斯柯西借用了极限的思想,将他所有的微积分都建立在极限思想的基础上,取得了巨大的成功。
与达朗贝尔的模糊极限概念不同,柯西明确给出了极限的定义:“当一个变量的值依次无限趋向于一个定值时,该变量的值与该定值的差值最终为它 可以随意变小,这个固定值称为所有其他值的极限。” 当这个变量的极限为0时,我们称它为无穷小量。 如果一个数列或函数(at)有极限且为常数,则称该数列或函数(at)收敛,否则为发散,现代符号记为或。
柯西认为无穷小量不是0,也不是某个数,而是一个变化的数,求导本质上是极限运算,即因为o不为0,自然可以 用作除数。 我们用极限表达式重写上一节流数法得到的有理幂函数的导数:
这时候o还是不为0,但是经过limit计算,后面的除了第一项之外的所有项的limit都为0,所以
,这个逻辑上是有道理的。
不仅如此,柯西认为积分本质上是一种极限计算。 如果把区间分成n个相同的小区间,每个小区间对应的自变量为 ,区间为 ,那么区间内的定积分可以理解为每个小区间的面积之和,即
举个例子,比如求x轴围成的面积:
第一项与n无关,后两项为0,因此 ,这与第一节牛顿利用二项式定理得出的结论是一致的。