萊布尼茲與微積分

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17世紀下半葉,歐洲科學技術(shù)迅猛發(fā)展,由于生產(chǎn)力的提高和社會各方面的迫切需要,經(jīng)各國科學家的努力與歷史的積累,建立在函數(shù)與極限概念基礎(chǔ)上的微積分理論應(yīng)運而生了。微積分思想,最早可以追溯到希臘由阿基米德等人提出的計算面積和體積的方法。1665年牛頓創(chuàng)始了微積分,萊布尼茲在1673~1676年間也發(fā)表了微積分思想的論著。以前,微分和積分作為兩種數(shù)學運算、兩類數(shù)學問題,是分別的加以研究的。卡瓦列里、巴羅、沃利斯等人得到了一系列求面積(積分)、求切線斜率(導(dǎo)數(shù))的重要結(jié)果,但這些結(jié)果都是孤立的,不連貫的。只有萊布尼茲和牛頓將積分和微分真正溝通起來,明確地找到了兩者內(nèi)在的直接聯(lián)系:

微分和積分是互逆的兩種運算。而這是微積分建立的關(guān)鍵所在。只有確立了這一基本關(guān)系,才能在此基礎(chǔ)上構(gòu)建系統(tǒng)的微積分學。并從對各種函數(shù)的微分和求積公式中,總結(jié)出共同的算法程序,使微積分方法普遍化,發(fā)展成用符號表示的微積分運算法則。因此,微積分“是牛頓和萊布尼茲大體上完成的,但不是由他們發(fā)明的”(恩格斯:《自然辯證法》)。

然而關(guān)于微積分創(chuàng)立的優(yōu)先權(quán),數(shù)學上曾掀起了一場激烈的爭論。實際上,牛頓在微積分方面的研究雖早于萊布尼茲,但萊布尼茲成果的發(fā)表則早于牛頓。萊布尼茲在1684年10月發(fā)表的《教師學報》上的論文,“一種求極大極小的奇妙類型的計算”,在數(shù)學史上被認為是最早發(fā)表的微積分文獻。牛頓在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》的第一版和第二版也寫道:“十年前在我和最杰出的幾何學家G、W萊布尼茲的通信中,我表明我已經(jīng)知道確定極大值和極小值的方法、作切線的方法以及類似的方法,但我在交換的信件中隱瞞了這方法,……這位最卓越的科學家在回信中寫道,他也發(fā)現(xiàn)了一種同樣的方法。

他并訴述了他的方法,它與我的方法幾乎沒有什么不同,除了他的措詞和符號而外。”(但在第三版及以后再版時,這段話被刪掉了。)因此,后來人們公認牛頓和萊布尼茲是各自獨立地創(chuàng)建微積分的。牛頓從物理學出發(fā),運用集合方法研究微積分,其應(yīng)用上更多地結(jié)合了運動學,造詣高于萊布尼茲。萊布尼茲則從幾何問題出發(fā),運用分析學方法引進微積分概念、

得出運算法則,其數(shù)學的嚴密性與系統(tǒng)性是牛頓所不及的。萊布尼茲認識到好的數(shù)學符號能節(jié)省思維勞動,運用符號的技巧是數(shù)學成功的關(guān)鍵之一。因此,他發(fā)明了一套適用的符號系統(tǒng),如,引入dx 表示x的微分,∫表示積分,dnx表示n階微分等等。這些符號進一步促進了微積分學的發(fā)展。1713年,萊布尼茲發(fā)表了《微積分的歷史和起源》一文,總結(jié)了自己創(chuàng)立微積分學的思路,說明了自己成就的獨立性。


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