欢迎各位同学来到数学分析课堂!.ppt
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1、绪绪 论论一、什么是数学一、什么是数学 世界上任何客观存在都有其世界上任何客观存在都有其“数数”与与“形形”的属性特征,并且一切事物都发生变化,的属性特征,并且一切事物都发生变化,遵循量变到质变的规律。遵循量变到质变的规律。数数学学是是研研究究现现实实世世界界的的空空间间形形式式与与数数量量关关系的科学。系的科学。(牛牛顿顿、莱莱布布尼尼兹兹认认为为数数学学成成为为研研究究运运动动与与变变化化的的学问,学问,1919世纪,恩格斯提出这样的定义)世纪,恩格斯提出这样的定义)“空间形式空间形式空间形式空间形式”必须理解为一切类似于空间必须理解为一切类似于空间必须理解为一切类似于空间必须理解为一切类
2、似于空间形式的形式:射影空间、非欧几里得空间、拓形式的形式:射影空间、非欧几里得空间、拓形式的形式:射影空间、非欧几里得空间、拓形式的形式:射影空间、非欧几里得空间、拓扑空间、无穷维空间的空间、微分流形扑空间、无穷维空间的空间、微分流形扑空间、无穷维空间的空间、微分流形扑空间、无穷维空间的空间、微分流形 “数量关系数量关系数量关系数量关系”也要理解为一切类似于数量也要理解为一切类似于数量也要理解为一切类似于数量也要理解为一切类似于数量关系的关系:逻辑关系、语法关系关系的关系:逻辑关系、语法关系关系的关系:逻辑关系、语法关系关系的关系:逻辑关系、语法关系数学研数学研数学研数学研究的是各种抽象的究
3、的是各种抽象的究的是各种抽象的究的是各种抽象的“数数数数”和和和和“形形形形”的模式结构。的模式结构。的模式结构。的模式结构。在今天的数学中,在今天的数学中,在今天的数学中,在今天的数学中,“数数数数”和和和和“形形形形”的概念的概念的概念的概念已发展到很高的境地。比如,非数之已发展到很高的境地。比如,非数之已发展到很高的境地。比如,非数之已发展到很高的境地。比如,非数之“数数数数”的的的的众多代数结构,像群、环、域等;无形之形的众多代数结构,像群、环、域等;无形之形的众多代数结构,像群、环、域等;无形之形的众多代数结构,像群、环、域等;无形之形的一些抽象空间,像线性空间、拓扑空间、流形一些抽
4、象空间,像线性空间、拓扑空间、流形一些抽象空间,像线性空间、拓扑空间、流形一些抽象空间,像线性空间、拓扑空间、流形等。等。等。等。第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段 数学萌芽时期(远古数学萌芽时期(远古数学萌芽时期(远古数学萌芽时期(远古-公元前公元前公元前公元前5 5世世世世纪):算术几何形成时期,但它们还未分开,彼此纪):算术几何形成时期,但它们还未分开,彼此纪):算术几何形成时期,但它们还未分开,彼此纪):算术几何形成时期,但它们还未分开,彼此交织在一起,没有形成完整、严格的体系,缺乏逻交织在一起,没有形成完整、严格的体系,缺乏逻交织在一起,没有形成完整、严格的体系,缺乏逻交织在一起,没有
5、形成完整、严格的体系,缺乏逻辑性,基本上看不到命题证明、演绎、推理。辑性,基本上看不到命题证明、演绎、推理。辑性,基本上看不到命题证明、演绎、推理。辑性,基本上看不到命题证明、演绎、推理。第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段 常量(初等)数学时期(公元前常量(初等)数学时期(公元前常量(初等)数学时期(公元前常量(初等)数学时期(公元前5 5世纪世纪世纪世纪-17-17世纪中叶):数学逐步形成了一门独世纪中叶):数学逐步形成了一门独世纪中叶):数学逐步形成了一门独世纪中叶):数学逐步形成了一门独立的、演绎的学科。算术、初等几何、初等代数、立的、演绎的学科。算术、初等几何、初等代数、立的、演绎的学科
6、。算术、初等几何、初等代数、立的、演绎的学科。算术、初等几何、初等代数、三角学都已成为独立的分支。三角学都已成为独立的分支。三角学都已成为独立的分支。三角学都已成为独立的分支。两大巨著:两大巨著:两大巨著:两大巨著:几何原本几何原本几何原本几何原本九章算术九章算术九章算术九章算术 东西辉映,渊源流长。东西辉映,渊源流长。东西辉映,渊源流长。东西辉映,渊源流长。二、数学发展简史二、数学发展简史:第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段 变量(高等)数学时期(变量(高等)数学时期(变量(高等)数学时期(变量(高等)数学时期(1717世世世世纪中叶纪中叶纪中叶纪中叶-19-19世纪中叶):变量与函数的概念世
7、纪中叶):变量与函数的概念世纪中叶):变量与函数的概念世纪中叶):变量与函数的概念进入数学。解析几何、微积分、概率论、射影进入数学。解析几何、微积分、概率论、射影进入数学。解析几何、微积分、概率论、射影进入数学。解析几何、微积分、概率论、射影几何形成。几何形成。几何形成。几何形成。第四阶段第四阶段第四阶段第四阶段 近代数学时期(近代数学时期(近代数学时期(近代数学时期(1919世纪中叶世纪中叶世纪中叶世纪中叶-二次大战):非欧几里得几何、抽象代数、二次大战):非欧几里得几何、抽象代数、二次大战):非欧几里得几何、抽象代数、二次大战):非欧几里得几何、抽象代数、复变函数论、集合论、微分几何、微分
8、方程论、复变函数论、集合论、微分几何、微分方程论、复变函数论、集合论、微分几何、微分方程论、复变函数论、集合论、微分几何、微分方程论、积分方程论、点集拓扑、组合拓扑积分方程论、点集拓扑、组合拓扑积分方程论、点集拓扑、组合拓扑积分方程论、点集拓扑、组合拓扑。第五阶段第五阶段第五阶段第五阶段 现代数学时期(现代数学时期(现代数学时期(现代数学时期(2020世纪世纪世纪世纪4040年代年代年代年代以来):(原子能的应用,电子计算机的发明,以来):(原子能的应用,电子计算机的发明,以来):(原子能的应用,电子计算机的发明,以来):(原子能的应用,电子计算机的发明,空间技术的兴起)广义函数论、整体微分几
9、何、空间技术的兴起)广义函数论、整体微分几何、空间技术的兴起)广义函数论、整体微分几何、空间技术的兴起)广义函数论、整体微分几何、非标准分析、微分拓扑、代数拓扑、代数几何、非标准分析、微分拓扑、代数拓扑、代数几何、非标准分析、微分拓扑、代数拓扑、代数几何、非标准分析、微分拓扑、代数拓扑、代数几何、同调代数、模糊数学、计算数学、分形几何同调代数、模糊数学、计算数学、分形几何同调代数、模糊数学、计算数学、分形几何同调代数、模糊数学、计算数学、分形几何从常量数学到变量数学从常量数学到变量数学常量数学应用的局限性常量数学应用的局限性 建立了日心学理论之后,建立了日心学理论之后,17世纪的人们面临如世纪
10、的人们面临如何改进计算行星位置,如何解释地球上静止的何改进计算行星位置,如何解释地球上静止的物体保持不动,下降的物体还落在地球上等问物体保持不动,下降的物体还落在地球上等问题,这类问题的核心是物体的运动。带有运动题,这类问题的核心是物体的运动。带有运动特征的问题,初等数学(算术,初等代数,初特征的问题,初等数学(算术,初等代数,初等几何,三角)无能为力。等几何,三角)无能为力。数学基础是解析几何,标志为微积分。数学基础是解析几何,标志为微积分。1 1)解析几何的产生)解析几何的产生解析几何学解析几何学是借助是借助坐标系坐标系,用代,用代数数方法研究方法研究几何对象之间几何对象之间的的关系关系和
11、和性质性质的一的一门几何学门几何学分分支,也叫支,也叫坐标几何坐标几何。由。由法国数学家法国数学家笛卡儿和笛卡儿和费尔马费尔马等人等人创建(创建(16371637年)。年)。变量数学产生的过程变量数学产生的过程解析几何的发明是变量数学的第一个里解析几何的发明是变量数学的第一个里程碑。程碑。从根本上改变了数学的面貌,使从根本上改变了数学的面貌,使数学从此跨入了一个崭新的时代,即从数学从此跨入了一个崭新的时代,即从常量数学进入变量数学的时代,从而大常量数学进入变量数学的时代,从而大大地促进了数学的发展。大地促进了数学的发展。2)函数概念的出现)函数概念的出现 16世纪开始,科学家认为运动是最基本世
12、纪开始,科学家认为运动是最基本的物理现象,因此自然科学研究的中心问的物理现象,因此自然科学研究的中心问题是运动,各种变化的过程和变化着的量题是运动,各种变化的过程和变化着的量之间的依赖关系成为新的研究对象,科学之间的依赖关系成为新的研究对象,科学家相信运动可以用数学来描述,于是出现家相信运动可以用数学来描述,于是出现了函数的概念。了函数的概念。函数概念的出现最早在函数概念的出现最早在17世纪,但它的世纪,但它的 定义直到定义直到19世纪才形成,函数概念本身的世纪才形成,函数概念本身的发展直到现在还在继续。发展直到现在还在继续。3)微积分的创立)微积分的创立 与微积分创立密切相关的科学技术问题,
13、从数学角与微积分创立密切相关的科学技术问题,从数学角与微积分创立密切相关的科学技术问题,从数学角与微积分创立密切相关的科学技术问题,从数学角度归纳起来有四类:度归纳起来有四类:度归纳起来有四类:度归纳起来有四类:1 1已知变速运动的路程(为时间的函数)时,求瞬时已知变速运动的路程(为时间的函数)时,求瞬时已知变速运动的路程(为时间的函数)时,求瞬时已知变速运动的路程(为时间的函数)时,求瞬时速度和加速度;速度和加速度;速度和加速度;速度和加速度;2 2求已知曲线的切线;求已知曲线的切线;求已知曲线的切线;求已知曲线的切线;3 3求给定函数的最大值与最小值;求给定函数的最大值与最小值;求给定函数
14、的最大值与最小值;求给定函数的最大值与最小值;4 4求给定曲线长度;求平面曲线围成的面积;求已知求给定曲线长度;求平面曲线围成的面积;求已知求给定曲线长度;求平面曲线围成的面积;求已知求给定曲线长度;求平面曲线围成的面积;求已知曲面围成的体积;求物体的重心;已知变速运动物体曲面围成的体积;求物体的重心;已知变速运动物体曲面围成的体积;求物体的重心;已知变速运动物体曲面围成的体积;求物体的重心;已知变速运动物体的速度、加速度,求物体运动的路程与时间的关系。的速度、加速度,求物体运动的路程与时间的关系。的速度、加速度,求物体运动的路程与时间的关系。的速度、加速度,求物体运动的路程与时间的关系。在在
15、17世世纪纪探探索索微微积积分分的的至至少少有有十十几几位位大大数数学学家家和和几几十十位位小小数数学学家家。这这些些前前驱驱者者对对于于求求解解各各类类微微积积分分问问题题确确实实作作出出了了宝宝贵贵的的贡贡献献,但但他他们们的的方方法法仍仍然然缺缺乏乏足足够够的的一一般般性性。求求切切线线,求求变变化化率率、求求极极大大极极小小值值以以及及求求面面积积、体体积积等等基基本本问问题题,在当时是被作为不同类型处理的。在当时是被作为不同类型处理的。牛顿和莱布尼茨正是在这样的时刻出场的。时牛顿和莱布尼茨正是在这样的时刻出场的。时代的需要与个人的才识,使他们完成了微积分代的需要与个人的才识,使他们完
16、成了微积分创立中最后也是最关键的一步。创立中最后也是最关键的一步。微积分的出现具有划时代意义,时至今日,它微积分的出现具有划时代意义,时至今日,它不仅成了学习高等数学各个分支必不可少的基不仅成了学习高等数学各个分支必不可少的基础,而且是学习近代任何一门自然科学和工程础,而且是学习近代任何一门自然科学和工程技术的必备工具。技术的必备工具。变量数学产生的意义变量数学产生的意义 1)变量数学的产生,为自然科学更精确)变量数学的产生,为自然科学更精确地描述物质世界提供了有效的地描述物质世界提供了有效的 工具。工具。2)变量数学的产生,促进数学自身的)变量数学的产生,促进数学自身的 发展与严密。发展与严
17、密。产生新的数学分支,如解析数论,微分产生新的数学分支,如解析数论,微分几何等。几何等。解决了第一次,第二次数学危机,建立解决了第一次,第二次数学危机,建立了极限理论,完成了实数的定义等,使了极限理论,完成了实数的定义等,使数学更加严密。数学更加严密。3)变量数学的产生,使辩证法进入数学。)变量数学的产生,使辩证法进入数学。辩证法把世界现象看作是普遍联系和永恒辩证法把世界现象看作是普遍联系和永恒变化着的,把世界的发展看作是自身所固变化着的,把世界的发展看作是自身所固有的各种矛盾发展的结果。变量数学的许有的各种矛盾发展的结果。变量数学的许多概念如函数极限导数积分等,从哲学上多概念如函数极限导数积
18、分等,从哲学上讲,就是辩证法在数学中的应用,而微积讲,就是辩证法在数学中的应用,而微积分的完善就是自身矛盾发展的结果。分的完善就是自身矛盾发展的结果。因此,变量数学的产生,为辩证法进入数因此,变量数学的产生,为辩证法进入数学提供了契机,并且为辩证法具有普遍性学提供了契机,并且为辩证法具有普遍性的论断,在数学上提供了有力的证明。的论断,在数学上提供了有力的证明。初等数学是树根初等数学是树根初等数学是树根初等数学是树根植根于科学与技植根于科学与技植根于科学与技植根于科学与技术之沃土,枝繁术之沃土,枝繁术之沃土,枝繁术之沃土,枝繁叶茂,荫及各个叶茂,荫及各个叶茂,荫及各个叶茂,荫及各个领域领域领域领
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