能带来改变的知识,才是真知识,否则就是累赘。
用包子、馒头和肉丸解释微积分
就算你有再多的知识,如果不能转化为行动,带来改变,都是无用的知识,甚至是累赘。
学以致用。有用即是真理。
不瞒你说,在学以致用这方面,我就是一个经典的反面教材。
大学里面,虽然算不上学霸,但线代、概率论、微积分咱也都80分以上一次性通过,考研数学,咱也120多分拿下。
随便拿出一道微积分,咱也能如数家珍一样,头头是道地在纸上解出来。
虽然但是,然并卵。大学刚一毕业,所有这些就还给了老师,然后跟高数失联。
她可能在梦里给我写过信,但我从来没收到过。不知道是因为我忘记做梦了,还是我忘了她。
如果不是今天写这篇文章,高数我俩,大概已经有20年没见过面了。
自我印象里,我还是一个非常念旧的人。
不说了,一首陈奕迅的《好久不见》送给你,高数,好久不见。
所以,正是基于这样一种心情,当今天看到下面这个数学梗时,让我想起了她。
有人在网上分享了一个用包子解释极限的例子:
图:秃头崽崽/小红书
就是这两个极限等式:
出自《三大算法》一书,用日常生活的例子,解释极限的概念。
翻译成大白话就是,给包子求极限,当馅无限趋于(→)0,包子就变成了(=)馒头;当馅无限趋于(→)正无穷(+∞)时,包子就变成了(=)肉丸。
学过微积分的人,都知道这个例子的含金量。
通俗易懂极了。虽然有人说极限的概念很好理解,但是饱汉子不知饿汉子饥,很多人,就是因为无法理解“极限”这样的基本概念,而被微积分拒之门外,无缘牵手。
这才是我想要的教材
显然饱 汉子不知饿汉子饥。
有人说要是当年信息这么发达不至于补考高数:
有人说数学就应该通俗易懂:
有人说要是当年这么学,能学不会吗:
有人说死去的记忆复苏了:
有人说这么解释一下子就明白了:
有人说秒懂:
有人说这才是想要的教材:
有人终于懂了,并发出由衷的赞叹:
有人推荐国外初高中的微积分教材:
有人借机求通俗易懂的教材:
有人相见恨晚:
有人感叹这世界变化快:
有人说一学高数就感觉被喂饱:
有人比较幸运:
有人建议重编数学书:
有人说这次像说人话了:
当然还有严谨的考究派,指出这个例子的不足:
不够严谨:
馅儿无限趋于负无穷,才是馒头,趋于零,只是空心包子:
有人说应该给馅/面求极限,否则会出现一个充满宇宙的大包子:
有人说第二个极限应该皮无限趋于零:
有人说用生活语言解释初等数学还行,高等不行:
还有人借机玩梗:
有人借题发挥,头脑风暴,被灵感击中:
有人说如果所有知识都这么有趣,就好了:
还有人说,写得太通俗易懂,人人都靠650,有人不同意:
我记忆深处的碎片告诉我,当年学高数这些东西,一开始也没那么简单。
尤其是有些概念太抽象,既没有背景知识,也没有人给出通俗易懂的指点,只能似懂非懂地蒙混过关。
所以,我开始有点理解,之前网上流行的“反自学”教材梗了。
我甚至开始有点相 信阴谋论:有的书,可能并不是不可以写得更通俗易懂,真的是为了防止自学。
所以呀,微积分同学,虽然我忘了你,一忘就是20年,但这事也不能完全怪我绝情呀。
极限的来历和含义
既然聊到极限、聊到微积分,咱们就多聊点,虽然很可能有点无聊。
极限是微积分中的核心概念,其历史和发展反映了数学在追求严谨性和实用性方面的演变。
极限概念的现代形式主要由19世纪的数学家奥古斯丁-路易·柯西(1789-1857)和卡尔·魏尔斯特拉斯(1815-1897)正式化。
图:卡尔·韦尔斯特拉斯/维基百科
柯西提出了较为正式的极限定义,例如“当变量的值无限接近某个固定值时,其差可以小到任意程度”,而魏尔斯特拉斯进一步发展了著名的ε-δ定义,使极限成为微积分严谨的基础。
然而,极限思想的根源可以追溯到更早。
古希腊数学家欧多克索斯(约公元前408-355年)提出了“穷竭法”,用于计算面积和体积,这被认为是极限概念的雏形。
阿基米德(约公元前287-212年)进一步发展了这一方法,例如计算球体和圆柱体的体积,使用的思路类似于现代极限。
图:卡尔·韦尔斯特拉斯/维基百科
17世纪,艾萨克·牛顿和戈特弗里德·莱布尼茨独立发展了微积分,他们虽然没有明确使用“极限”一词,但通过无穷小量(infinitesimals)处理导数和积分,实际上隐含了极限的思想。
图:牛顿/维基百科
有趣的是,18世纪的让·勒朗·达朗贝尔(Jean le Rond d'Alembert,1717-1783)首次提出应以极限而非无穷小为基础来构建微积分,这为后来的柯西和魏尔斯特拉斯奠定了理论基础。
由此可见,极限并非某一个人的发明,而是数学家在几个世纪中逐步完善的结果。
极限也不是凭空产生的,极限的出现,有着深厚的背景。
极限概念的背景,是解决早期微积分中逻辑上的漏洞。
牛顿和莱布尼茨的微积分依赖于无穷小量,但这种方法在18世纪受到广泛质疑。
例如,哲学家乔治·贝克莱在1728年发表的《分析家》(The Analyst)中批评无穷小缺乏明确定义,称其为“幽灵般的实体”。这种批评促使数学家寻求更严谨的替代方案。
19世纪,数学界进入“严谨化”阶段,柯西和魏尔斯特拉斯等人通过极限概念消除了无穷小的争议。
极限允许我们描述函数在接近某点时的行为,而无需依赖模糊的“无限小”概念。例如,导数的定义可以通过极限表达为:
这不仅解决了逻辑问题,还为微积分的应用提供了更坚实的基础。
极限到底有什么用?
极限的发明是为了满足微积分中两个核心问题的需求:一是计算函数在某点的瞬时变化率(导数),二是计算曲线下的面积或体积(积分)。
这些问题在物理和工程中有重要应用,例如:
计算物体的速度和加速度需要导数,而导数的定义依赖于极限。
计算抛物线下的面积需要积分,而积分本质上是无限多个小面积的和,其严谨性也依赖于极限。
此外,极限还帮助处理函数在某些点可能不定义的情况,例如分母为零时。通过极限,我们可以研究函数的渐近行为,例如
这在分析无穷大或无穷小的行为时,非常有用。
极限有着非常广泛的应用。
极限是微积分的基础,广泛应用于多个领域:
一个意想不到的细节是,极限在计算机图形学中有重要应用。
例如,在渲染逼真的3D场景时,极限用于处理像素的渐进行为,确保图像在远距离时的平滑过渡。
此外,极限还出现在数论和拓扑学中,例如研究数列的收敛性或拓扑空间的极限点。
极限概念的演变体现了数学从直观到严谨的转变。
从古希腊的穷竭法到牛顿、莱布尼茨的微积分,再到柯西和魏尔斯特拉斯的正式化,极限成为现代数学分析的核心工具。
其应用不仅限于传统科学,还扩展到工程、经济学和计算机科学,显示了其广泛的影响力。
当然,以上说了这么多,我的目的并不是希望你记住这些微积分知识。
而是希望你能发现更有趣的方式、方法,去学习新的、旧的知识,进而把这些知识,应用到实际工作和生活里面去,进而带来改变。
能带来改变的知识,才是真知识,否则就是累赘。