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1701015770 清代学者袁枚说过:“学如箭镞,才如弓弩,识以领之,方能中鹄。”一个人,光有知识不行,只有知识和能力也不行。就如放箭,有能力弯弓搭箭成满月状,但是不知道目标在哪里,两眼一抹黑,怎能打中目标?话说得真好。我们缺的就是这种见识。
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1701015772 1654年,法国数学家巴斯卡写给费马的一封信。其中涉及赌徒提出的一个问题:两个赌者在一场中断的赌博中,如何根据获胜所需局数,以及各自已经获胜的局数,合理地分配赌金。他们通过通信讨论这一问题,于是就有了上述关于“期望值”的数学,以此见识引领得到解答,是为概率论之发端。史树中教授的问题即改编于此。
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1701015774 一些优秀的数学家,能够在看不见数学的地方发现和运用数学。上面的数学期望值是其中一个简单的例子。这使我们联想起第二次世界大战以后,1948年时在美国出现的三项伟大数学成就。
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1701015776 维纳发表《控制论》,仙农发表《信息论》,冯·诺依曼提出计算机方案,这三项数学成就,不是通常我们所解决的那种“已知—求证”式的数学问题,而是在一般人看不见数学的地方发现和创立数学(图4.10.1)。打电报传送的信息,可以是数学研究的对象吗?用大脑控制手去拾地下的铅笔,可以构成“数学控制论”吗?研究数字电子计算机会改变时代吗?他们三个人在1948年不约而同地做出了创造性的贡献。创立了信息论、控制论和设计了电子计算机方案。在别人看不见的地方,发现了数学问题,解决了数学问题,这是最大的数学创新。
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1701015781 ◀ 图4.10.1 三位信息时代数学的开拓者
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1701015783 [1] 摘自《小学教学参考》:2005年第28期,刊首语《最高的诗是数学》。
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1701015785 [2]我们还可以有另外的比喻:一个人可以有不同的装束:校服、运动服、唐装、西装领带、夹克衫、牛仔服等。所有的装束下,尽管多种多样,都是同一个人。两个分数通分,相当于两个人都穿一种服装。在教室里上课,大家都穿校服。在运动会比赛时,大家都穿运动服。文艺演出时,大家都要穿演出服。
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1701015790 数学文化教程 [:1701013732]
1701015791 数学文化教程 第五章 学一点微积分:局部和整体的矛盾统一
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1701015793 微积分开创了人类的科学黄金时代,成为人类理性精神胜利的标志。
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1701015795 恩格斯说:“在一切理论成就中,未必再有什么像17世纪后半期微积分的发明那样,被看作是人类精神的最高胜利了。”(《自然辩证法》)
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1701015797 德国著名数学家库朗说:“微积分学,或称为数学分析,是人类思维的伟大成果之一……这门学科乃是一种撼人心灵的智力奋斗的结晶;这种奋斗已经历了两千五百多年之久,它深深扎根于人类活动的许多领域。”
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1701015799 当牛顿和莱布尼茨将微积分大幕徐徐拉开的时候,人们看到一座简朴而坚实的舞台——实数系。笛卡儿为这座实数舞台提供了“坐标几何”的布景。+,=,π,√,×,ε,≠……像星星在天幕上闪烁着。人们熟知的区间上的“平均速度”、“单调增加和减少”,最大值和最小值等,成为简单而实用的道具。舞台的中央,有一只谜箱,其中装满了各种各样的“函数”。
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1701015801 微积分开始登场了。第一号主角是微分。他表演的是如何展现“曲线”。只见他挥舞魔杖“极限”,透过无限隧道,直指谜箱。谜箱中的函数,像一个个的小精灵,跳出来展现他们舞动的瞬时速度,以及他们婀娜舞姿的曲线。
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1701015803 微分大声宣告:你要了解这些函数“整体的变化量”,请深入探究函数局部的变化率吧。
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1701015805 “速度”出场,向大家诉说“飞矢不动”的悖论:运动物体,在一个时刻只能在一个地方,在这个时刻,物体根本没有动,何谈速度?微分用魔杖显示跨越悖论的智力:考察该时刻的附近,形成一个微小的时间间隔[t,t+Δt],求出物体的平均速度,然后令Δt→0,瞬时速度就显示出来了。
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1701015807 “割线”出场,向大家诉说曲线的切线很难画哦!孤零零的一点怎么画切线呢?微分又祭起魔杖,先计算割线的斜率Δy/Δx,然后令Δx→0,得到的便是切线的斜率。利用直线的点斜式,切线就画出来了。
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1701015809 一点→构造一点的附近→计算附近间隔的相对变化率
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1701015811 →令间隔趋向于0→得到极限值:一点的变化率(局部性质)。
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1701015813 第一幕结束了。原来,微分展现的是求局部变化率的魔法。只知道函数的变化量是不够的,还要知道变化率。只知道相对变化率还不深刻,必须知道函数的局部变化率。有了局部变化率,运动物体在一点可以谈速度。曲线在某点可以画出切线。一个新天地打开了。
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1701015815 接下来的剧情是出现微分的逆运算:积分。当积分和微分统一在一个公式里的时候,理性的天空出现霞光万道,人类文明向前跨越了一大步。美丽的微积分,让我们学习它、欣赏它、发扬它,乘风破浪,奔向更加美好的远方。
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