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其实在牛顿以前,人们对速度这些变量的了解,仅限于平均值的层面。比如,我知道一段距离的长短和走完这段距离的时间,就可以算出一个平均速度。但是,每个瞬间的速度,我并不了解。于是,牛顿就发明了微分,用“无穷小”这种概念来帮助我们把握瞬间的规律。而积分与微分正好相反,它反映的是瞬间变量的积累效应。
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那么,到底什么是微积分?
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我举个简单的例子。一个物体静止不动,你推它一把,会瞬间产生一个加速度。但有了加速度,并不会瞬间产生速度。当加速度累积一段时间后,才会产生速度。而有了速度,并不会瞬间产生位移。当速度累积一段时间后,才会有位移。
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宏观上,我们看到的是位移;微观上,整个过程是从加速度开始累积的——加速度累积,变成速度;速度累积,变成位移。这就是积分。
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反过来说,物体之所以会有位移,是因为速度经过了一段时间的累积。而物体之所以会有速度,是因为加速度经过了一段时间的累积。位移(相对于时间)的一阶导数,是速度。而速度(相对于时间)的一阶导数,是加速度。宏观上我们看到的位移,微观上其实是每一个瞬间速度的累积。而位移的导数,就是从宏观回到微观,去观察它“瞬间”的速度。这就是微分。
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那么,微积分对我们的日常生活到底有什么用呢?
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理解了微积分,你看问题的眼光,就会从静态变为动态。
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加速度累积,变成速度;速度累积,变成位移。其实人也是一样。你今天晚上努力学习了,但是一晚上的努力,并不会直接变成你的能力。你的努力,得累积一段时间,才会变成你的能力。而你有了能力,并不会马上做出成绩。你的能力,得累积一段时间,才会变成你的成绩。而你有了一次成绩,并不会马上得到领导的赏识。你的成绩,得累积一段时间,才会使你得到领导的赏识。
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从努力到能力,到成绩,到赏识,是有一个过程的,有一个积分的效应。
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但是你会发现,生活中有很多人,在开始努力的第一天,就会抱怨:“我今天这么努力,领导为什么不赏识我?”他忘了,想要得到领导的赏识,还需要一个积分的效应。
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反过来说,有的人可能一直以来工作都做得很好,但是从某个时候开始,因为一些原因,慢慢懈怠了。他的努力程度下降了,但是他的能力并不会马上跟着下降。可能过了三四个月,能力的下降才会慢慢显示出来,他会发现做事情不像以前那么得心应手了。又过了三四个月,他做出来的东西,领导开始越来越看不上了。在某一瞬间,很多人会觉得“有什么大不了的,我不过就是这一件事没做好呗”,但他忘了,这其实是一个积分效应,早在七八个月前他不努力的时候,就给这样的结果埋下了种子。
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努力的时候,都希望大家瞬间认可,而出了问题后,却不去想几个月之前的懈怠。这是很多人都容易走进的思维误区。
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而如果你理解了微积分的思维方式,能够用动态的眼光来看问题,你就会慢慢体会到,努力需要很长时间才会得到认可;你就会拥有一个平衡的心态,避免犯这样的错误。
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吴军老师经常讲一句话,叫作“莫欺少年穷”。其实,从本质上来说,这也体现了微积分的思维方式。少年虽穷,虽然目前积累的还很少,但是,只要他的增速(用数学的语言来说,叫导数)够快,经过五年、十年,他的积累会非常丰厚。
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吴军老师还给年轻人提过一个建议:不要在乎你的第一份薪水。这其实也体现了微积分的思维方式。一开始拿多少钱不重要,重要的是增速(导数)。
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微积分的思维方式,从本质上来说,就是用动态的眼光看问题。一件事情的结果,并不是瞬间产生的,而是长期以来的积累效应造成的。出了问题,不要只看当时那个瞬间,你只有从宏观一直追溯(求导)到微观,才能找到问题的根源所在。
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公理体系
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第三种数学思维,源于几何学,叫作公理体系(见图2-16)。
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什么是公理体系?比如,几何学有一门分科,叫作欧几里得几何,也被称为欧氏几何。欧氏几何有五条最基本的公理:
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(1)任意两个点可以通过一条直线连接。
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(2)任意线段能无限延长成一条直线。
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图2-16 公理体系
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(3)给定任意线段,可以以其一个端点作为圆心,该线段作为半径作圆。
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(4)所有直角都彼此相等。
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