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在《基础微积分》的第一章第1.4节(第24页),作者J.Keisler谈及曲线斜率与物体运动速度问题时说,在这类问题中,我们需要有一种”small
enough to be neglected“(足够的小以至于可以略去不计)的数字。我们大家知道,除非是实数0(数字零),没有什么实数可以因为足够的小而”略去不计“。那么,我们该怎么办呢?
数学家往往都是一批富有想象力的”呆子“,平日难于与人沟通。但是,数学家们是勇敢的人,他们不畏逻辑矛盾,遇到困难能够继续勇往直前。比如,他们敢于引入虚单位”i”,使其平方等于负1,真乃匪夷所思也。在微积分学里面,有时需要“足够的小以至于可以略去不计”的数字,这有何难?面对此种尴尬问题,数学家采取了一个大胆的步骤(“bold
step”,这是根据J.Keisler的说法),继续扩大实数系,构造所谓“超实数系”(Hyperreals),引入以下不等式:
-a
< ε < +a
此处,a为任意正实数,而新的超实数ε就是我们为严谨展开微积分学而需要的那种“足够的小以至于可以略去不计”的数字(即无穷小)。这种无穷小ε可以表示为:
ε = 0.000,000,238
也就是说,在0之后,紧接着有无限个数字0,最后还有个非零的“小尾巴“238,如此而已。无穷小有什么稀奇的?无穷小多的是!......遇到困难,(数学家)大胆地往前走!
引进了无穷小,微积分学就完美了。整个微积分学的理论体系得以极大的简化。为此,我原先想用”简易微积分“这个词,但是,网上一搜索,几乎把我气死了。原来在1983年,人民教育出版社出版了一本中等师範学校数学教材,书名就叫”简易微积分”。这次算我倒霉!今后,我再也不用“简易微积分”了,而改用“无穷小微积分”,特此声明。
根据上面的说法,在微积分学中引进无穷小似乎很简单,实际上,很不简单。构造超实数系*R,需要在有理数域上借助超滤器进行“等价分类”,与引进实数的过程(哥西等价分类)一样。无穷小超实数的真实性,不高于也不低于,普通的无理数,因为,引入它们都需要一个无限的过程。认为无穷小是后娘养的,对她翻白眼,很不公道。
3月1日,上海投资方与北京承办者达成协议,共同出资承办无穷小微积分网站,包括提供工作场地与计算设备,聘用新员工,对此,我心里面美滋滋的。但是,我心里面也有点儿“失落感”。无穷小就值这么几十万?现代无穷小理论把中国传统的科学根基微积分学“闹翻天”,意义十分巨大,不可低估也。
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