在新導(dǎo)數(shù)定義下看明代王文素率先發(fā)現(xiàn)微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)及其運(yùn)用于高次方程的問題
作者:何許? 來源:知乎
在新導(dǎo)數(shù)定義下看明代王文素率先發(fā)現(xiàn)微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)及其運(yùn)用于高次方程的問題
------------------兼論微積分導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用發(fā)明權(quán)的歸屬
沈衛(wèi)國
內(nèi)容提要:在筆者提出的“新導(dǎo)數(shù) 定義”的基礎(chǔ)上,對(duì)500年前明代偉大數(shù)學(xué)家王文素巨著?算學(xué)寶鑒?中得到的導(dǎo)數(shù)(他成為是“乙方”)進(jìn)行了全新的認(rèn)識(shí),證明其完全與筆者“新導(dǎo)數(shù)定義”一致。進(jìn)而可以確定,王文素在500年前就提出了絕對(duì)不依賴于無窮小和非平凡極限的導(dǎo)數(shù)概念。并實(shí)際很自然地得到了各次冪函數(shù)的導(dǎo)數(shù)值。而這正是正確的、無矛盾(不存在所謂的“貝克萊悖論”問題的困擾)的微積分的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。因此,王文素不僅僅是早牛頓、萊布尼茲140年提出了微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)的問題,而是早牛頓、萊布尼茲不完善的、有瑕疵的、存在矛盾(貝克萊悖論)微積分早140年提出了完全正確的、無瑕疵的、不存在任何矛盾的微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)的問題。他根本無需“撥亂反正”,因?yàn)槲⒎e分導(dǎo)數(shù)之“亂源”,發(fā)生在其之后140年。在筆者費(fèi)了很大的勁,才從非平凡極限法微積分的泥淖中掙脫出來的眼光看,才更覺王文素提出并使用其于計(jì)算的導(dǎo)數(shù)(乙方)的正確性及其偉大意義。一些人貶低他的理由,也就是他沒有提到所謂的傳統(tǒng)或“現(xiàn)代”微積分習(xí)以為常的無窮小和其實(shí)是非平凡的極限概念,卻恰恰是其偉大之處、明智之處。換言之,比西方所有那些人都高明之處。其微積分創(chuàng)始人的地位,終究必須也必然會(huì)被承認(rèn)。特別提下,如果他的著作不過是前人導(dǎo)數(shù)方法的匯總、記錄(待考),那么,實(shí)際中國發(fā)現(xiàn)微積分方法的時(shí)間還要提前。這是有待進(jìn)一步考證的。即使如此,王文素作為微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)及其應(yīng)用方法的記錄人,無疑也是功不可沒的。至于王文素實(shí)際使用的、和筆者在其500年后單獨(dú)明確提出的微積分所謂“新導(dǎo)數(shù)”思路為什么正確,非平凡極限法微積分導(dǎo)數(shù)定義為什么不行,這個(gè)工作,是筆者獨(dú)立完成的。筆者的工作,不經(jīng)意間實(shí)際是明確地、更清晰地返回了500年前的王文素的正確的做法。見此文及筆者前期系列文章。
關(guān)鍵詞:王文素;明代;500年前;算學(xué)寶鑒;貝克萊悖論;乙方;導(dǎo)數(shù);冪函數(shù);各次冪函數(shù)的導(dǎo)數(shù);微積分;非平凡極限;分母上的自變量;比式;非平凡比式;自變量的微分;微積分創(chuàng)始人;新導(dǎo)數(shù)定義;增量分析
一、王文素作為導(dǎo)數(shù)第一人或傳承人辨析
本來已經(jīng)申明在相關(guān)學(xué)術(shù)問題上就此封筆的??蛇€不到兩天,就無意中在網(wǎng)上得知北師大已故趙擎寰教授評(píng)論明代晉籍?dāng)?shù)學(xué)家王文素巨著?算學(xué)寶鑒?中對(duì)微積分導(dǎo)數(shù)的得出早牛頓等140年的掌故。這當(dāng)然引起了我極大的興趣。因?yàn)槲乙恢闭J(rèn)為,長于計(jì)算的中國古代,似乎應(yīng)該有對(duì)本質(zhì)上是用于計(jì)算的微積分求導(dǎo)問題的貢獻(xiàn)。因?yàn)閷?duì)應(yīng)數(shù)學(xué)運(yùn)算而言,微積分求導(dǎo)、運(yùn)算,其實(shí)并不是特別難的。吳文俊先生也早就說過:“.........(微積分)發(fā)明過程中中國古代數(shù)學(xué)的作用遠(yuǎn)優(yōu)于希臘式的數(shù)學(xué),我們甚至不無理由可以這么說,微積分的發(fā)明乃是中國式數(shù)學(xué)戰(zhàn)勝希臘式數(shù)學(xué)的產(chǎn)物【6】”。但過去筆者在網(wǎng)上沒有搜到有關(guān)信息,一直引為憾事。這回好了,無心之得還真就來了。但趙擎寰先生的有關(guān)文章?明王文素珠算巨著?算學(xué)寶鑒?天元術(shù)高次多項(xiàng)方程與導(dǎo)數(shù)?一文遍搜不到,估計(jì)不是正式期刊發(fā)表的,而是會(huì)議交流的論文集中的文章(有網(wǎng)友上傳有關(guān)章節(jié)的照片,但看不清楚,只能作為證明有此一文而已)。所幸在網(wǎng)上搜到網(wǎng)名scarse的一網(wǎng)友的介紹文章,才使得我輩得以略窺其豹,大略了解一二。拜讀之后,實(shí)話說筆者大為震驚與激動(dòng)!真想不到500年前,作為晉商的王文素先生(明代“民科”乎?),就實(shí)打?qū)嵉氐玫搅烁鞔蝺绾瘮?shù)的微積分導(dǎo)數(shù),并且運(yùn)用于數(shù)學(xué)計(jì)算(這是當(dāng)然的,導(dǎo)數(shù)發(fā)明的目的,就是計(jì)算,否則毫無意義。中西皆然。特別是高次方程也就是非線性方程、曲線方程的求解問題)。但是,很多國人(包括該文作者scarse本人)卻都語出不屑,更傾向于貶低王文素,似乎王文素僅僅是“瞎貓碰到了死耗子”,偶然撞到了或?qū)懗隽藢?dǎo)數(shù)式子而已,似乎他并沒有意識(shí)到他求出的是什么似的。不能不說,這一方面是國內(nèi)上上下下盲目崇洋迷外的結(jié)果,另一方面,也是有關(guān)的人沒有達(dá)到筆者“新導(dǎo)數(shù)定義”下的微積分詮釋的結(jié)果。因此,他們這些人對(duì)王文素給出的導(dǎo)數(shù)不甚了然,某種意義上也不奇怪。以下針對(duì)該文,做一些具體分析。事實(shí)上,王文素不但是得到了導(dǎo)數(shù)(他稱之為“乙方”),而且是完全正確的導(dǎo)數(shù),也可以說是與非平凡極限、無窮小等概念完全無關(guān)的導(dǎo)數(shù)。它根本就不涉及“分母為自變量”的這類比式(可以稱之為“非平凡比式”,以區(qū)別于一般意義的比式)的趨0極限值(可以稱之為“非平凡極限”,以區(qū)別于一般意義的極限。在與人的討論中筆者發(fā)現(xiàn),很多人分不清二者的區(qū)別)或函數(shù)值的問題(即是不是0/0的貝克萊悖論問題)。因此筆者費(fèi)了很大的勁兒,才從西方人(包括牛頓、萊布尼茲,柯西,外爾斯特拉斯等等)在這個(gè)基于分母為自變量的“非平凡比式”的導(dǎo)數(shù)觀念(趨0非平凡極限)的誤導(dǎo)下掙脫出來得到的結(jié)論,人家王文素順理成章地輕而易舉就得到了。原因當(dāng)然是他根本就沒有受到西方那些人的觀念“污染”,沒有先入為主的一套臼窠需要爬出來。這使得筆者不禁想到,已故數(shù)學(xué)大家吳文俊先生大加贊賞的中國古代?九章算術(shù)?中對(duì)無理數(shù)的干凈利落的定義簡直異曲同工:根本就不是從無窮小數(shù)的角度來定義,而是單刀直入實(shí)數(shù)本質(zhì)地從“形”的“維”的擴(kuò)展上來考慮問題,因此無比自然而明確,且根本就不再有西方無理數(shù)定義法所導(dǎo)致的后世無休止的理論困擾。筆者的思路歷程,是先想到代數(shù)法下直線與曲線的重根即切線與曲線的交點(diǎn),進(jìn)而明白了導(dǎo)數(shù)的新定義,但當(dāng)時(shí)還是認(rèn)為分母為自變量的所謂非平凡比式的趨0非平凡極限還是有的,只不過不應(yīng)該以此極限來代替原先的那個(gè)無意義的函數(shù)值0/0。然后又突然意識(shí)到,這個(gè)類型的趨0非平凡極限(分母有自變量的非平凡比式的),不過是一個(gè)“非正常趨0極限”(仿一句搞數(shù)學(xué)的經(jīng)?!八普?guī)”說法,就是“非平凡極限”)。而正規(guī)的“不可達(dá)意義”的極限,都有一個(gè)用不可達(dá)極限來代替無定義的函數(shù)值是否合適的問題,更不用說這個(gè)實(shí)際的“非正常極限”了(說白了,就是“錯(cuò)誤的極限”)。而在其后,才醒悟到既然有了新導(dǎo)數(shù)定義,那么,在這個(gè)定義下,我們完全可以不用拘泥于傳統(tǒng)微積分的做法(他們是在他們的定義下不得已的),即在增量比值函數(shù)△y/△x下求導(dǎo),而就在增量函數(shù)△y(具體說是割線、切線的增量函數(shù),而不是曲線本身的增量函數(shù))下求導(dǎo)即可,也就是說,根本就沒有什么分母為不為0的問題,因?yàn)榍髮?dǎo)時(shí)在新定義下根本就可以沒有作為自變量△x的分母了。無分母△x了,還有分母△x為0不為0的問題嗎?而王文素的得出導(dǎo)數(shù)(他謂之“乙方”)的做法,正是如此(見附錄公式3)。因此在這個(gè)意義上,王文素?zé)o可爭議地就是微積分導(dǎo)數(shù)發(fā)現(xiàn)的第一人!而且是完全正確的導(dǎo)數(shù)的發(fā)現(xiàn)第一人!!理由很簡單,那些人們津津樂道的所謂的正規(guī)的、成套的、成系統(tǒng)的、無論牛頓法(先是無窮小,后是“最終比”)、萊布尼茲法(無窮小的微分之比)還是柯西的極限法,都是有問題的,沒有解釋清楚的,或曰解釋錯(cuò)的(詳見筆者前期文章分析)。唯有王文素沒有跟著他們?nèi)ヌ@個(gè)火坑,理由很簡單:王文素的?算學(xué)寶鑒?比他們的有瑕疵的文章早起碼140年(比柯西的極限法大概早200多年了)。我可以毫不猶豫地、也毫不夸張地宣告于國人:微積分求導(dǎo)的發(fā)明權(quán),而且是完全正確的發(fā)明權(quán),屬于中國人,屬于山西人,屬于汾陽人,屬于王文素!口說無憑,下面具體分析(結(jié)合scarse的文章,見附錄照片)。
該文中的公式(3)中的k,就是我們習(xí)慣上用的自變量的增量△x,公式(3)括號(hào)部分,就是一階導(dǎo)數(shù)(王文素稱之為“乙方”。有意思的是,張景中院士在其關(guān)于微積分改進(jìn)的文章中,將其得到的導(dǎo)數(shù)稱為“乙函數(shù)”,豈非天作之合哈?)。這是王文素明確得到的。其中注意,2a2h(此處h為自變量,相當(dāng)于我們通常表示的x),就是我們經(jīng)常作為例子引用的“二次曲線”的導(dǎo)數(shù)。值得讀者特別注意的是,這個(gè)“乙方”(導(dǎo)數(shù))的得到,根本就沒有用什么增量比值函數(shù)(分母為自變量的非平凡的比式),用的就是并無分母的增量函數(shù)。把公式(3)“翻譯”成現(xiàn)在的數(shù)學(xué)語言,就是g?△x,其中g(shù)為導(dǎo)數(shù)(乙方),或這個(gè)直線增量方程的系數(shù)(這里用g而不用通常表達(dá)系數(shù)或斜率的k,是避免與該文中表示自變量增量的k相混淆)。而△x就是自變量的增量(對(duì)應(yīng)于該文中的k)。顯然,王文素在給出導(dǎo)數(shù)(即“乙方”)的過程中,并未出現(xiàn)k/k也就是我們通常的△x/△x,它沒有分母,更談不上分母上的自變量△x(或k)。因此根本就不會(huì)有隨著自變量等于或趨于0分母為不為0的貝克萊悖論問題。
為簡化討論起見,我們僅以(3)式中的二次函數(shù)的導(dǎo)數(shù)2a2h這一項(xiàng)來分析。無關(guān)緊要地,我們把常數(shù)項(xiàng)a2去掉。剩下的h,就是我們通常用習(xí)慣了的自變量x,而k,就是自變量的增量△x。文中說的“解”h+k,就是我們通常的x + △x。如此可見,(3)式中的二次方程那一項(xiàng),連同括號(hào)內(nèi)外,實(shí)際就是我們通常的2x?△x。其中2x是括號(hào)內(nèi)的,△x是括號(hào)外的(就是式中的k)。當(dāng)然,(3)式是舍棄了△x(即k)的高次項(xiàng)得到到,也就是在(2x + △x)?△x = 2x?△x + △x2中,舍棄了自變量△x的高次項(xiàng)△x2或單單“提出”2x?△x 而得到的。而2x當(dāng)然就是現(xiàn)在稱作“導(dǎo)數(shù)”的“乙方”。這在數(shù)值上與令2x + △x中的△x = 0或△x → 0而得到2x是一個(gè)意思。于是顯然,2x + △x就是割線斜率,2x就是切線斜率, 2x?△x 就是函數(shù)增量的“線性主部”,即通常的“微分”,而△x2即函數(shù)增量的“非線性部分”。而(2x + △x)?△x即函數(shù)y(或其割線)的增量△y??梢?,(3)式反倒不必要求k(即△x)為0(或趨于0與否),而是導(dǎo)數(shù)(乙方)直接與現(xiàn)在的微分概念融合,或直接由其得到,自然而無矛盾。其沒有分母,沒有分母上的自變量,也就沒有什么0/0的問題,貝克萊悖論根本不存在。這是一種遠(yuǎn)優(yōu)于牛頓、萊布尼茲、柯西其實(shí)是有問題、有矛盾的做法的做法,是直至微積分導(dǎo)數(shù)本原(在500年前)或回歸微積分本原(以現(xiàn)在走了幾百年的彎路的眼光看來)的做法。它與筆者在西方微積分理論的誤導(dǎo)下經(jīng)過大量思考才好不容易艱難“爬”出其窠臼而有所悟方法異曲同工、如出一轍。盡管王文素沒有提到什么切線、斜率、瞬時(shí)速度等等概念,但這類幾何、物理概念并不是代數(shù)類數(shù)學(xué)理論所必須,而微積分的本質(zhì),當(dāng)然與代數(shù)求解直接有關(guān)。
宿遷學(xué)院李紅玲教授在其文章中提到美國紐約州立大學(xué)的Range教授給出的導(dǎo)數(shù)定義及求導(dǎo)方法【1】,實(shí)際與筆者和500年前的王文素是基本一致的。而王文素早500年。筆者對(duì)導(dǎo)數(shù)的新定義是很明確的,但Range教授對(duì)傳統(tǒng)微積分導(dǎo)數(shù)的看法究竟為何,所得資料太少,還不好確定。只是從李教授的介紹中的寥寥數(shù)語看,其表述與筆者給出的導(dǎo)數(shù)新定義是一致的(就是實(shí)實(shí)在在的切線斜率或切線方程的系數(shù))。但Range在求導(dǎo)中要得到0 = g(0)?0,其中g(shù)(0)為導(dǎo)數(shù)。但此時(shí)△x和△y此都是0,這在筆者的詮釋下當(dāng)然沒有問題,但Range究竟如何解釋這一點(diǎn)并不十分清楚。而筆者與王文素并無此要求。見附錄文中的公式3中的“k” ,它不為0。而k的高次項(xiàng)都被“舍棄”了,因此本質(zhì)上,這實(shí)際上就等于承認(rèn)了k的高次項(xiàng)與這個(gè)k的一次項(xiàng)實(shí)際不是同一個(gè)變量(一個(gè)“舍棄”了,也就是為0了,而另一個(gè)不為0,它們能說是同一個(gè)變量嗎?),而一次變量方程,不就是線性方程而不是曲線方程嗎?從另一個(gè)角度看,就算我們不把高次項(xiàng)看成“0”,只是“不考慮它們”或“舍棄”它們,那也等于舍棄了高次的非線性的與彎曲有關(guān)的項(xiàng),而“剩下的”自然就是一次的只與直線有關(guān)的線性項(xiàng)。同時(shí)如果系數(shù)(斜率,導(dǎo)數(shù))唯一地與線性方程“綁定”,那么它對(duì)高次的曲線非線性方程而言,當(dāng)然就不是“實(shí)在”的,而是“虛擬”的(這就與理論力學(xué)中的“虛位移”、“虛功”等概念是想通的。原先這些概念是沒有怎么說清楚的)。即:非線性的曲線就是曲線,就不是線性的直線,這是本質(zhì)的,不要再想著在無窮小段曲線與直線可以重合或忽略誤差。或者曲線增量的趨0極限就是直線或與直線重合等等。實(shí)際上,線性的直線只是非線性的曲線的各次方疊加態(tài)中的一個(gè)態(tài)而已(盡管是似乎可以看成是最基礎(chǔ)的也罷),各次態(tài)的所有項(xiàng)的疊加,如何可以在任何情況下與這些項(xiàng)中的一個(gè)態(tài)(哪怕是線性態(tài))相等?直觀地,如果有a = 1+2+3+4+5+........,那么還有a = 1嗎?除非它們都是0。但如此一來,還有意義嗎?于是,斜率(導(dǎo)數(shù))只能屬于線性的直線(切線的斜率就是導(dǎo)數(shù)),不可能斜率屬于任何曲線。而這恰恰就是傳統(tǒng)微積分之誤,總想把斜率直接與曲線掛鉤,因此非出矛盾不可。在此角度下,王文素的具體處理辦法與筆者對(duì)微積分導(dǎo)數(shù)的詮釋是暗合的。雖然王文素在這里沒有多說什么,但他是實(shí)際地做出來了。此外,王文素的書很多內(nèi)容是對(duì)數(shù)學(xué)歷史文獻(xiàn)中的數(shù)學(xué)方法的介紹或改進(jìn),因此真正最早的導(dǎo)數(shù)(乙方)的得到是不是比他還要早,還有考證的余地。如果真的如此,導(dǎo)數(shù)的得到在我國可能更早。這些,都是值得期待的(在此之前,暫時(shí)先以王文素為最早)。
總之,有人以王文素沒有提到無窮小或極限為由否定或無視他的成就,認(rèn)為他不過是“瞎貓碰到死耗子”,得到導(dǎo)數(shù)的數(shù)值而未解其意,因此不能算微積分的創(chuàng)始人、導(dǎo)數(shù)的發(fā)明人。比如引文的作者scarse,說“可以在王文素的做法中找到導(dǎo)數(shù)的影子”(實(shí)際上,根本就不是什么“影子”。白紙黑字,就是實(shí)實(shí)在在的導(dǎo)數(shù)(乙方)。僅就二次函數(shù)而言,難道牛頓得到了2x就算數(shù),就不是“影子”,王文素同樣得到了2x,就成了一個(gè)“影子”了?)。根據(jù)前文可知,這種看法是完全錯(cuò)誤的!實(shí)際上,無論無窮小還是極限,都可以視為微積分歷史上的彎路、誤解,它們都避免不了貝克萊悖論。這在筆者前期文章中早有透徹的分析與論證。此不贅述。因此沒有提到什么無窮小、極限,不但不是王文素得到導(dǎo)數(shù)過程中的缺點(diǎn),反而是其優(yōu)點(diǎn),說明在起碼500年前,作為中國明朝山西汾陽人的他,就實(shí)際上得到了完全正確的、無瑕疵的、無矛盾(無貝克萊悖論)的導(dǎo)數(shù)定義(乙方)及求導(dǎo)方法,并運(yùn)用于解決實(shí)際問題的數(shù)學(xué)實(shí)踐中(這是當(dāng)然的,微積分的創(chuàng)建目的無論中西,都是為了求解數(shù)學(xué)問題無疑)。因此,從這個(gè)角度說,不但王文素當(dāng)之無愧地就是微積分的發(fā)明人,而且是完全正確的微積分的發(fā)明人。他比其后140年的牛頓、萊布尼茲,更比其后200多年的柯西要高明的多。
牛頓一開始是認(rèn)可無窮小的,但后來提出“最終比”解釋,其實(shí)就是極限觀點(diǎn)。而萊布尼茲正好相反,一開始是極限,但后期廣泛使用無窮小(見?微積分概念發(fā)展史?)。而柯西的極限法更是明確否定了無窮小概念。試圖用極限法(本質(zhì)是“非平凡極限”)一統(tǒng)微積分的天下??挛骱屯鉅査固乩沟仍噲D“曲線救“導(dǎo)””,他們的基本思路為:不是在0點(diǎn)的增量比值函數(shù)的非平凡比式的“函數(shù)值”為無意義的0/0嗎(這是公認(rèn)的)?好,我們就不考慮該點(diǎn)了,也就是干脆把該點(diǎn)“革出”定義域,自然也就是沒有函數(shù)值“0/0”了。于是,就可以通過約分消去分母上的那個(gè)自變量△x,然后再讓剩下的原先處于這個(gè)非平凡比式分子上的自變量△x趨于0(實(shí)際此時(shí)等于0也無妨了),如此這般地就算是求出了原先那個(gè)非平凡比式的趨0極限值了。即,以一個(gè)沒有分母上的自變量△x的非比式的“可達(dá)趨0極限”,去等價(jià)于(實(shí)際做法是赤裸裸的“代替”、“取代”)一個(gè)分母為自變量△x的非平凡的比式的“不可達(dá)趨0極限”,居然還認(rèn)為一點(diǎn)邏輯問題也沒有。是這樣嗎?數(shù)學(xué)行當(dāng)不是號(hào)稱“最講邏輯”的嗎?我們不是經(jīng)??吹胶芏嗍置黠@的東西,我們認(rèn)為幾乎是自明的、無需證明的東西,數(shù)學(xué)教科書中也要煞有介事、一本正經(jīng)地給出“證明”的嗎?我們不是如此這般地被教導(dǎo)的嗎?怎么這里卻沒有一個(gè)證明?究竟為什么一個(gè)無論消不消分母上的自變量△x,求出的趨0極限都是原先那個(gè)非平凡比式(分母上有自變量△x的)的趨0非平凡的、不可達(dá)的極限值?好,如果真的要給出一個(gè)證明,還是只能是先通過約分消去分母上的自變量△x來完成這個(gè)證明(誰要是不信就請親自試試)。這不是典型的邏輯上的“循環(huán)論證”錯(cuò)誤?反之,我們還以最簡單的二次函數(shù)為例:假設(shè)有一個(gè)在△x = 0點(diǎn)無定義的、也就是其定義域人為地不包括該點(diǎn)的非比式的“平凡的”、也就是沒有分母(自然也沒有分母上的自變量△x了)的函數(shù)“2x + △x”在△x → 0時(shí)(即其極限值)當(dāng)然為2x,也就是其極限、嚴(yán)格說是可達(dá)極限為2x。如通過對(duì)2x + △x乘以一個(gè)△x/△x后得到的(2x + △x)?△x/△x來直接求得這個(gè)“非平凡比式(分母上此時(shí)有自變量△x了)”的趨0的、有意義的、非0/0型的不可達(dá)極限是辦不到的。如果直接求,這個(gè)非平凡比式的趨0極限就是無意義的0/0,與其公認(rèn)的在該點(diǎn)的無意義的函數(shù)值0/0完全一致。換言之,我們想通過反向操作對(duì)一個(gè)強(qiáng)令其在△x = 0點(diǎn)無定義的、但非比式的、趨0不可達(dá)極限值就是2x的“2x + △x”乘以一個(gè)△x/△x來求其極限值2x是不可能的、辦不到的,因?yàn)榇藭r(shí)的極限值就是無意義的0/0,而非有意義的2x。這里我們可以運(yùn)用“反證法”了:如果未證明趨0極限值為無意義的0/0,則必為有意義的2x。但前面已經(jīng)證明了如果不通過約分先消去分母上的自變量△x這一步,是怎么也得不到“這個(gè)趨0極限是有意義的2x”這個(gè)結(jié)論的,因此不通過約分先消去分母上的自變量△x,只能得到極限值也為與其函數(shù)值一樣的無意義的0/0。得證。
更何況筆者早就論證了,所謂“約分消分母”,就是也只能是令分母為“1”。為1,只能等于這個(gè)1或趨于1,而絕對(duì)不是原先認(rèn)為的“趨于0”(當(dāng)然更不是等于0了)。就算有人強(qiáng)辯,說什么“不一定是1”云云,但反正絕對(duì)不會(huì)是“0”。于是結(jié)論為:是0,不能約分。而約分,就不能再得到0。不能再得到0,就不會(huì)再趨于0。不可能有什么極限法說的:“為0不行,于是不考慮為0點(diǎn)。而不考慮為0點(diǎn),就不會(huì)等于0了,于是就可以約分了,而約分了,沒有分母了,就可以趨于0了”這回事。事實(shí)是:公認(rèn)地,函數(shù)值在0點(diǎn)為0/0,不行。于是不考慮0點(diǎn)后,就可以約分了。但約分等價(jià)于分母為“1”,起碼不為0,于是要去“趨于”什么,也只能是趨于“1”或起碼也是任何非0數(shù),而單單絕對(duì)不會(huì)再是“趨于0”了,非平凡極限法微積分賴以求導(dǎo)的那個(gè)著名的定義式,求導(dǎo)式,即對(duì)△y/△x這個(gè)非平凡比式求其在△x → 0時(shí)的非平凡極限值,還成立嗎?還有嗎?
總之,非平凡比式△y/△x的非平凡趨0極限,仍舊是無意義的0/0。如果不是,就不叫非平凡比的極限了。如果任何一個(gè)比式的極限最后成了一個(gè)非比式,它如果還是被視為一個(gè)比式,以與原非平凡比式△y/△x一致,其分母只能是“1”。既然是“1”了,當(dāng)然就不會(huì)有等于0或趨于0的事發(fā)生。
還有人說,分母△x → 0不是0。那么請問,不是0又是幾?是不是要給一個(gè)具體的數(shù)?如果給不出,就只能是0,這實(shí)際上可以看成就是一個(gè)反證法的證明:△x → 0 = 0的一個(gè)證明。
因此,非平凡極限法之不能成立的理由,是“雙重的”,這個(gè)結(jié)論是“雙保險(xiǎn)”的。邏輯上無任何瑕疵的。
還有一個(gè)不容忽視的問題:第一代微積分(牛頓、萊布尼茲)的導(dǎo)數(shù)dy/dx,是十分自然的一個(gè)比式,萊布尼茲稱之為“微商”,明確地是個(gè)“商”。它的分子dy和分母dx,是可以分拆的。是相互獨(dú)立存在的。但在所謂第二代微積分(極限法??挛?、外爾斯特拉斯等)中,由于其導(dǎo)數(shù)定義的限制,細(xì)究起來,導(dǎo)數(shù)不可能是一個(gè)有分子分母的比式,因此“微商”這個(gè)名詞嚴(yán)格講不能成立。它(即dy/dx)不是個(gè)“商”,僅僅是一個(gè)“整體”,只能作為一個(gè)不可分拆的“數(shù)”看待(見所有比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕炭茣?。?yán)格而言,已經(jīng)不是什么“微商”的導(dǎo)數(shù)只能被寫成f’(x)的形式,盡管往往還是有意無意習(xí)慣地寫成比式形式dy/dx。因此所謂第二代微積分,在詮釋導(dǎo)數(shù)f’(x)的合理性時(shí),是嚴(yán)格區(qū)分導(dǎo)數(shù)不是比式這點(diǎn)的。它就根本不應(yīng)該再被寫成dy/dx形式。但在實(shí)際導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用中,卻有意無意還是回到牛頓、萊布尼茲第一代微積分的做法上來。也就是dy/dx仍舊充斥于教科書中。這是很讓一些真正動(dòng)腦子琢磨事的學(xué)者、學(xué)生十分困惑的。況且,第二代極限法微積分的做法,直接導(dǎo)致微積分整個(gè)理論的復(fù)雜化,一改牛頓、萊布尼茲第一代微積分的簡潔性。以至現(xiàn)在很多教材(特別是不甚嚴(yán)格的偏應(yīng)用的工科教材)說的實(shí)際還是本該拋棄的第一代牛頓、萊布尼茲微積分。比如,很多教材還在提按理早該淘汰的無窮小概念。這種教材中,往往把本來不相容的無窮小和極限相提并論或來回切換說法。這不僅僅是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴},嚴(yán)格說還是相互矛盾的。
而羅賓遜的非標(biāo)準(zhǔn)分析,眾所周知,等于又回歸了無窮小法(見柯朗的?數(shù)學(xué)是什么?)也就是牛頓、萊布尼茲法。可見,貫穿整個(gè)西方微積分歷史,無窮小與極限這一對(duì)矛盾,始終相互纏繞,“既愛又恨”,互斥又互相依賴。這已經(jīng)很說明問題了。實(shí)際上,二者都不行。屬于殊途同歸地錯(cuò)到一起了。而自王文素始以至筆者、Range(可能,待考)的不需要無窮小、極限的微積分,才是真正意義的無矛盾的、本原的微積分詮釋。
總之,王文素得到導(dǎo)數(shù)(乙方)的途徑中,既沒有無窮小,也沒有“非平凡極限”(非存在極限),也沒有使用分母為自變量的增量比值(筆者稱之為“非平凡比式”)的趨0極限,這不但不是一些人認(rèn)為的他得到導(dǎo)數(shù)過程的缺陷,反而是他的一大優(yōu)點(diǎn)。明確說,他的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是“完全正確”、“沒有瑕疵”、“沒有矛盾”(不可能產(chǎn)生矛盾,因?yàn)樗阉锌赡墚a(chǎn)生矛盾的途徑都堵死了)。因此,王文素與在其140年之后的微積分導(dǎo)數(shù)概念(定義)、求法之間,不是一個(gè)簡單的優(yōu)缺點(diǎn)的孰優(yōu)孰劣的問題,而是一個(gè)本質(zhì)上誰更正確、更無誤的問題。發(fā)明的時(shí)間提早了140年,還“預(yù)先”就等于“排除了”(實(shí)際上當(dāng)然指的是根本就“沒有出現(xiàn)”)140年之后的微積分求導(dǎo)理論的問題(貝克萊悖論的矛盾),請問,微積分的發(fā)明權(quán)不歸他歸誰?(除非他的結(jié)論是他從更古的“古代文獻(xiàn)”中淘來的。這當(dāng)然待考)。
有人可能還會(huì)以王文素沒有涉及“切線斜率”、“瞬時(shí)速度”等幾何、物理概念而認(rèn)為他沒有發(fā)現(xiàn)微積分導(dǎo)數(shù)。或雖然發(fā)現(xiàn)了、提到了,但沒有真正理解導(dǎo)數(shù)的真實(shí)含義。這個(gè)看法根本就不能成立。須知,就是牛頓,也主要是把注意力集中在解決“瞬時(shí)速度”這個(gè)物理范疇的問題,而對(duì)切線之類的幾何問題并不關(guān)注。而萊布尼茲,則主要是在幾何的切線上來理解導(dǎo)數(shù)的,而對(duì)“瞬時(shí)速度”之類的物理問題同樣并未特別關(guān)注,難道說,他們二人同樣地也是理解了導(dǎo)數(shù)的一個(gè)側(cè)面,就無資格當(dāng)西方世界的微積分的發(fā)明人了?王文素雖然關(guān)心的主要不是物理問題和幾何問題,但解方程同樣是微積分導(dǎo)數(shù)的任務(wù),況且眾所周知,無論物理還是幾何,不都需要解代數(shù)方程的嗎?因此,王文素微積分導(dǎo)數(shù)發(fā)明人的地位,是無可撼動(dòng)的。
同樣地,王文素的插值法,比之牛頓也早了140年。讀者可以對(duì)照相關(guān)教科書細(xì)細(xì)品味。
當(dāng)然,王文素得到的導(dǎo)數(shù)(乙方),只涉及各次冪函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。這是一種一次項(xiàng)(線性項(xiàng))與高次項(xiàng)(非線性項(xiàng))可以分開的函數(shù)的求導(dǎo)。三角函數(shù)的求導(dǎo)王文素當(dāng)然沒有涉及。但這并不影響王文素為微積分導(dǎo)數(shù)第一人(前面也說了,除非他的方法是他之前的民間方法的匯總)。作為開拓者,這個(gè)名頭非他莫屬。至于微積分的后續(xù)發(fā)展,在西方也不是一人、一日之功。后續(xù)乏人,難道也要王文素負(fù)責(zé)?至于西方三角函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是誰、和什么時(shí)間得到的,我還沒有查到,就算是牛頓、萊布尼茲已經(jīng)得到了它,人們也沒有以三角函數(shù)導(dǎo)數(shù)的求得來定義微積分的發(fā)明標(biāo)志的。這個(gè)說法不成立。況且按筆者前期文章的分析,教科書中的使用三明治定理對(duì)三角函數(shù)導(dǎo)數(shù)的求法,其實(shí)是有錯(cuò)誤的,它會(huì)產(chǎn)生“0<0<0”這樣的問題。
二、重新發(fā)掘、肯定、弘揚(yáng)王文素微積分貢獻(xiàn)的重要意義及對(duì)可能的異議的反駁
有人致力于否定我國古代科學(xué)、數(shù)學(xué)成就也許可謂不遺余力。他們也許會(huì)以王文素“未成體系”來否定其成就和微積分發(fā)明人的地位。其實(shí)這根本就站不住腳。就是“現(xiàn)代微積分”,也不是一人、兩人獨(dú)立完成的(羅馬不是一天建成的),牛頓、萊布尼茲究竟完成了微積分的多少內(nèi)容,筆者未做考證,想必實(shí)際也不會(huì)太多。他們只是開了個(gè)頭。如此,王文素不是也開了個(gè)頭?我們指的不就是、也僅僅是這個(gè)?如果說完善才是創(chuàng)建,那就算按西方的認(rèn)識(shí),為什么不說柯西是微積分的創(chuàng)始人,而說不甚完善的牛頓、萊布尼茲是微積分的創(chuàng)建人?牛頓可以以不完善為創(chuàng)始人,王文素就不行了,就必須完善了才是創(chuàng)始人?更何況前面我也說了,就微積分、導(dǎo)數(shù)的實(shí)質(zhì)而言,王文素提出導(dǎo)數(shù)的方式比牛頓、萊布尼茲以致后來的柯西、外爾斯特拉斯高明的多,且沒有錯(cuò)誤、矛盾。而前者是錯(cuò)的,或顯(第一代)或隱(第二代)會(huì)產(chǎn)生貝克萊悖論。如此,還有什么理由否定王文素創(chuàng)建微積分、提出導(dǎo)數(shù)(乙方)的成就嗎?叫了個(gè)“乙方”,未叫“導(dǎo)數(shù)”,就不認(rèn)識(shí)了?
有人或許還會(huì)以王文素“僅僅”得到了導(dǎo)數(shù)(乙方)(即使如此,也必須承認(rèn)是一個(gè)大成就了)而沒有提出積分問題來求全責(zé)難,質(zhì)疑其微積分發(fā)明人的歷史地位。這在過去,或許還成立,但在筆者的新觀點(diǎn)下,這個(gè)看法也不能成立。因?yàn)楣P者一再強(qiáng)調(diào),在筆者提出的導(dǎo)數(shù)的第二定義下(見筆者前期相關(guān)論文),所謂積分,就是大些的微分;而所謂微分,就是小些的積分。二者沒有本質(zhì)的區(qū)別。也就是說,積分與微分之間,是滿足可加性的。這就回歸了微分、積分的本原,使理論大為簡化且合理。比如,還是以二次函數(shù)為例,導(dǎo)數(shù)是2x(附錄文中就是2h,為了簡化起見,省去了a2,或令a2 = 1),傳統(tǒng)意義的微分(二次函數(shù)增量的線性主部)就是2x?△x(附錄文中就是2h?k),而二次函數(shù)的增量就是
(x + △x)2 - x2 = 2x?△x + △x2 = (2x +△x )?△x。在附錄文中就是(h + k)2 - h2 = 2h?k + k2 = (2h + k)?k。設(shè)x + △x點(diǎn)與x點(diǎn)的中值定理意義的“中值”(注意,并不是幾何意義的“中間點(diǎn)”)為△x0 ,則此中值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)顯然就是2(x + △x0 ),對(duì)照二次曲線的增量,也就是過曲線上過x + △x與x二點(diǎn)的割線(其斜率與中值點(diǎn)△x0 的導(dǎo)數(shù)數(shù)值相等,也是2(x + △x0 )。它與△x0 的切線是平行的。這可以由“中值定理”直接看出)。而顯然,2(x + △x0 )? △x的數(shù)值就是函數(shù)增量(x + △x)2 - x2 = 2x?△x + △x2 = (2x +△x )?△x。對(duì)比二式,即有2(x + △x0 )= 2x +△x ,同時(shí)可以得到2△x0 = △x。于是,只要滿足這個(gè)關(guān)系式,由中值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的增量,與用x點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)先求出所謂的函數(shù)的“線性主部”2x ?△x再加上高階項(xiàng)△x2 得到的函數(shù)的增量(x + △x)2 - x2 = 2x?△x + △x2 = (2x +△x )?△x就是完全一樣的。而函數(shù)的增量,就是其“積分”??梢姡m然王文素沒有提出中值概念,也沒有什么中值定理,那是因?yàn)閺乃那蠓ㄖ校揪筒恍枰@些概念。因?yàn)榉凑彩?x +△x ,而既然2(x + △x0 )= 2x +△x ,又何必再明寫出2(x + △x0 )?在王文素那里,這些都是疊床架屋的重復(fù),根本就不需要的,無需多說。而只有由于西方無論牛頓、萊布尼茲還是柯西、外爾斯特拉斯,深陷無窮小或非平凡極限(分母上是自變量的比式的趨0極限。我這是說的“文雅”些的,其實(shí)說的明白些就是“不正常極限”,“根本就不存在的極限”)的泥淖之中,因此不得不費(fèi)了好大的勁來又去證明這個(gè)中值的存在性和中值定理。而如果沒有這些“累贅”,只有增量(我們求的就是增量),中值定理根本就不是定理,它無需證明,在邏輯上它就是整個(gè)理論的出發(fā)點(diǎn)。而這一切正是王文素(可能還更早的多)500年前所做的,筆者500后所重新并且更明確地認(rèn)識(shí)到的。而500年前的王文素,由于根本就沒有無窮小或非平凡極限需要操心,當(dāng)然談不上什么“更明確的認(rèn)識(shí)”,也不需要這種認(rèn)識(shí),因?yàn)樵谒磥?,不需要極限與無窮小的后來稱之為微積分的運(yùn)算,本來就無需無窮小與極限。更何況無論無窮小還是非平凡極限,還都有貝克萊悖論的矛盾問題。因此,那種以王文素沒有提到錯(cuò)誤的、會(huì)產(chǎn)生貝克萊悖論的非平凡極限或無窮小就說明他沒有發(fā)明微積分的看法,根本就不能成立。反正,恰好正是王文素沒有提到這些“累贅”、“包袱”和“錯(cuò)誤”,才使得他其實(shí)在500年前就得到了完全正確的、無矛盾的、簡潔的微積分。而這一切,筆者也是在最近(他之后500年)才充分才認(rèn)識(shí)到,也就是才從無窮小、非平凡極限的泥淖中掙扎著爬了出來??墒?,絕大多數(shù)人,還在坑里沾沾自喜著呢。呵呵。
至于連接積分與微分、導(dǎo)數(shù)的橋梁“微積分基本定理”,在王文素那里,由于其積分是順理成章自然得到的,因此無需單獨(dú)提出。只有建立在無窮小或非平凡極限上的西方微積分,才需要這種東西。而且由于無窮小或非平凡極限運(yùn)用于微積分求導(dǎo)根本就不對(duì),因此這個(gè)定理自然在其邏輯本質(zhì)上也不可能是對(duì)的。
至于在筆者導(dǎo)數(shù)的第一定義下的積分觀念和所謂筆者的“新微積分基本定理”概念的提出,見本文后面的“補(bǔ)遺”部分。
總之,如果沒有充分認(rèn)識(shí)到對(duì)微積分而言,無窮小和非平凡極限就是暗疾,那自然會(huì)認(rèn)為王文素沒有提此二瑕疵于是與微積分失之交臂(就算如此,其實(shí)也不對(duì)。因?yàn)閷?dǎo)數(shù)值他非常明確地給出來并且運(yùn)用于算法中了!作為優(yōu)先權(quán),這就足夠了)。但如果能深刻意識(shí)到,同時(shí)論證出對(duì)微積分而言,無窮小和非平凡極限都是不但不需要,還是因其錯(cuò)誤必須拋棄的“贅物”,那立刻就會(huì)理解或體會(huì)到王文素的偉大。理由很簡單,他的理論或做法,從一開始就沒有這些“贅物”,具體說就是沒有這兩個(gè)已經(jīng)找了大家?guī)装倌曷闊┑摹皩氊悺?。因此之故,我完全有?quán)也有資格呼吁,今后國內(nèi)的微積分教材,應(yīng)該把王文素看做是世界微積分第一人(直到如果發(fā)現(xiàn)還有其他人比其更早為止)!
這里不妨再重復(fù)一次極限法微積分求導(dǎo)(更確切地說,應(yīng)該是“非平凡極限法”或“不存在的極限法微積分”。所謂的“第二代微積分”,或“標(biāo)準(zhǔn)分析”)的問題所在,以此襯托王文素導(dǎo)數(shù)的正確性。
非平凡極限法微積分的導(dǎo)數(shù)定義就是求分母上是自變量△x 的一個(gè)比式△y/△x(筆者稱其為“非平凡比式”)在其自變量△x → 0時(shí)的極限值(非平凡極限)。這個(gè)極限不僅僅是不可達(dá)的(其函數(shù)值公認(rèn)是無意義的0/0),而且是“非平凡”(客氣的講法,照顧面子的講法。套話。其實(shí)就是“非正常極限”)的,其實(shí)不客氣地說,就是錯(cuò)的!不成立的極限!因?yàn)轱@然,無論牛頓、萊布尼茲還是柯西、外爾斯特拉斯,求導(dǎo)之前(或說求導(dǎo)過程中、過程的一開始)都要有通過約分消去分母上的自變量△x這一步。且不說筆者一再強(qiáng)調(diào)的只要一約分,分母上的自變量△x其實(shí)就是自動(dòng)為“1”了,而不是無端地“沒有了”。這些且不論。我們說,既然消去了分母,舉例,比如對(duì)△y/△x = (2x + △x)?△x/△x我們消去了分母△x后為(2x + △x),再對(duì)后者求△x → 0時(shí)的極限值。那么,只要有人硬敢說△y/△x = (2x + △x)?△x/△x與(2x + △x)的△x → 0時(shí)的極限值是一樣的,那么,既然“一樣”,你憑什么不在一開始就把導(dǎo)數(shù)的定義寫成(2x + △x)在△x → 0時(shí)的極限值?不是一樣嗎?如此寫,不行?為什么非得寫成是△y/△x = (2x + △x)?△x/△x在△x → 0時(shí)的極限值?更何況所有的教科書中實(shí)際直接求的,還就是沒有了△x/△x的(2x + △x)在△x → 0時(shí)的極限值,而并沒有直接從△y/△x = (2x + △x)?△x/△x這個(gè)比式來求其在△x → 0時(shí)的極限值。你說反正都一樣,那好,既然都一樣,就寫導(dǎo)數(shù)的定義為(2x + △x)在△x → 0時(shí)的極限值可不可以?敢不敢?憑什么就不可以?說出理由來。如果心虛了,說可以吧,敢?。ú豢梢砸膊恍邪?,邏輯上說的通嗎?)。那好,既然“可以”,也“敢”了,那2x + △x是什么?不就正是割線方程的系數(shù)也就是割線的斜率啊?當(dāng)無論 △x = 0還是△x → 0(此時(shí)無分母問題,二者都一樣,是一回事),或干脆就如王文素所做的,不理睬它,最后得到的2x,不就是二次曲線在x點(diǎn)的切線斜率啊?也就是切線方程的系數(shù)。這個(gè)求導(dǎo)法,涉及分母沒有?還有貝克萊悖論的問題沒有?而這正是王文素、在下,也許還有Range所作的。也是微積分求導(dǎo)應(yīng)該有的,其實(shí)也就是所有傳統(tǒng)微積分求導(dǎo)(無論牛頓、萊布尼茲、柯西、外爾斯特拉斯等等)實(shí)際所能做到的,但卻沒有認(rèn)識(shí)到其意義的。傳統(tǒng)微積分求導(dǎo),雖然其實(shí)也是具體這么做的,但卻一頭扎進(jìn)無窮小、非平凡極限的泥淖之中而不能自拔。
總之,無論牛頓、萊布尼茲還是柯西、外爾斯特拉斯的西方傳統(tǒng)微積分求導(dǎo),都是基于函數(shù)y與自變量x的增量的“非平凡”比式 k(x,△x)?△x/△x的。盡管他們在實(shí)際操作中都消去了△x/△x(也就是“不寫了 ”),直接針對(duì) k(x,△x)求導(dǎo),但他們對(duì)導(dǎo)數(shù)(瞬時(shí)速度)的定義式,是毫無疑問地是針對(duì)比式 k(x,△x)?△x/△x的。只不過他們都誤以為對(duì)趨 0極限而言,k(x,△x)與 k(x,△x)?△x/△x等值而已(這當(dāng)然是錯(cuò)的,由此才有的貝克萊悖論)。而王文素不一樣,他在附錄中的(3)式中,實(shí)質(zhì)上實(shí)際是直接由只涉及增量(而不是增量比!)的 k(x,△x)?△x(注意,在(3)式中h就是x,k就是這里的△x。高階的△x都已經(jīng)被舍棄了)求的導(dǎo)數(shù)k(x,0)。這與筆者和Range的做法實(shí)際上是完全一致的(具體做法上可以有所差別)。對(duì)應(yīng)筆者的“導(dǎo)數(shù)(瞬時(shí)速度)新定義”(也許Range也得到了這個(gè)定義,待考)而言,這幾乎就是順理成章的事,根本就無涉什么無窮小和非平凡極限之類終歸會(huì)產(chǎn)生矛盾且根本就解釋不清的概念。而在王文素140多年之后才產(chǎn)生的經(jīng)典微積分,卻反而多出來了這些矛盾與麻煩。這個(gè)意義上,王文素不是什么領(lǐng)先西方微積分140多年的問題,而是他的完全正確的微積分領(lǐng)先西方有瑕疵、有矛盾(貝克萊悖論)的微積分140多年的問題。也可以無愧地說,他作為一個(gè)完全正確的微積分導(dǎo)數(shù)概念(乙方)的得到者、提出者,是領(lǐng)先筆者(也許還有Range)的正確的微積分導(dǎo)數(shù)概念的提出早500年的問題!請問袞袞諸公:這樣的人(中國人、山西人、汾陽人)不偉大,還有誰偉大?我想,對(duì)中國古代數(shù)學(xué)充滿崇敬和深入研究的吳文俊先生如果還在,他是一定會(huì)非常高興的。正確的導(dǎo)數(shù)概念的提出并運(yùn)用于計(jì)算的,起碼是500年前的中國人王文素(如果是他鉤沉出的古法,那時(shí)間還要早!待考),而撥亂反正、正本清源的工作,不能不說是筆者在其500年后完成的。
一句話,微積分的真諦,其目的很明確,就是用于計(jì)算的。無論在牛頓那里,還是萊布尼茲那里,都是如此的。至于為什么冒出來了很多諸如無窮小、極限之類的半哲學(xué)概念,是因?yàn)樗麄兌加玫姆帜笧樽宰兞康脑隽勘戎岛瘮?shù)這個(gè)特殊的函數(shù)來開展微積分導(dǎo)數(shù)相關(guān)的工作。這是不得已。而并非微積分的計(jì)算本質(zhì)、初衷所要求的。況且如此一來,整個(gè)微積分理論給弄的無比復(fù)雜費(fèi)解,且本質(zhì)上還就是有矛盾的(貝克萊悖論)。這個(gè)矛盾的緣由,其實(shí)本質(zhì)上就是分母為自變量的增量比與無分母的增量之間在0點(diǎn)的表現(xiàn)差別的矛盾所致。它們一個(gè)的無論函數(shù)值還是極限值(非平凡極限)都是0/0,一個(gè)卻是正常的(比如2x等等)。盡管極限法微積分(所謂“第二代微積分”、標(biāo)準(zhǔn)分析)聲稱自己已經(jīng)解決了這個(gè)問題,但實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有,這從筆者系列文章中的分析可以看出 。而王文素從一開始就沒有把整個(gè)理論建立在分母為自變量的增量比函數(shù)上,他直接了當(dāng)?shù)貜脑隽亢瘮?shù)得到的導(dǎo)數(shù)(乙方),因此干凈利落地與什么無窮小、非平凡極限一類的概念進(jìn)行了事實(shí)上的切割。因此自然根本就不會(huì)再有什么矛盾(貝克萊悖論)。而500年后,筆者得到的正是這點(diǎn)。只不過王文素根本就不知道在其140年、200多年后發(fā)生了什么,因此完全沒有機(jī)會(huì)對(duì)無窮小、極限等等有問題的“理論”發(fā)表看法。而筆者是與大家一樣,先被這些似乎板上釘釘,寫入教科書的,大部分人深信不疑的一套所誤導(dǎo),然后才經(jīng)過艱苦的思辨才從該泥淖中爬出來的。因此,說筆者是正本清源,無形中返回了500年前王文素的簡潔、正確導(dǎo)數(shù)觀念亦不為過。
更何況在邏輯上,如果我們說在0點(diǎn)函數(shù)值為無意義的0/0,因此定義域不包括0點(diǎn)了,而定義域不包括0點(diǎn),就可以約分消去分母上的自變量。而消去后,就可以有0點(diǎn)的有意義的非0/0型的極限值;那么,在邏輯上不是也可以仿上面的說法但反過來,認(rèn)為在0點(diǎn)的極限值為無意義的0/0,因此極限函數(shù)的定義域不包括0點(diǎn),約分消去分母上的自變量后,不也可以同理求出0點(diǎn)的非0/0型的函數(shù)值了嗎?即:無函數(shù)值,有極限值,與無極限值,有函數(shù)值,兩種截然相反的結(jié)論所運(yùn)用的邏輯,不是一樣的嗎?如此,也足可見極限法之無道理。更何況就算是對(duì)分母不是自變量的一個(gè)平凡極限,都不應(yīng)該以其不可達(dá)極限值去充當(dāng)函數(shù)值。比如,函數(shù)x,x≠ 0,即在0點(diǎn)無定義。但有x → 0作為0點(diǎn)的不可達(dá)極限。然后又任命這個(gè)不可達(dá)極限0就是x函數(shù)在0點(diǎn)的函數(shù)值(x函數(shù)在0點(diǎn)又有定義了?。?,有這么干的嗎?與其如此,x在0點(diǎn)本來不就“可以”在0點(diǎn)有函數(shù)值0的嗎?有何比非要不去定義而以其在0點(diǎn)的極限值0來再定義?多次一舉究竟為何?
三、康托對(duì)角線法引出的所謂“實(shí)數(shù)不可數(shù)”問題與微積分導(dǎo)數(shù)問題在邏輯上的類比
事實(shí)上,正如筆者系列文章所分析的,對(duì)比康托對(duì)角線法聲稱證明了實(shí)數(shù)的不可數(shù)性。但實(shí)際上,正是需要先假設(shè)了“實(shí)數(shù)不可數(shù)”,才能使用康托對(duì)角線法。為邏輯循環(huán)。它只是表面上先假設(shè)了“實(shí)數(shù)可數(shù)”,圖具反證法的形式。但實(shí)際上,由于多進(jìn)制下每一位可以對(duì)應(yīng)不止一個(gè)數(shù)這個(gè)隱含的前提,因此作為多進(jìn)制之所以提出的目的,就是位數(shù)不能與其能表達(dá)的所有數(shù)一一對(duì)應(yīng)。或其目的就是用較少的數(shù)(或“位置”。這里是位數(shù))去盡可能多地表達(dá)更多的數(shù),以節(jié)約所占空間位置。因此對(duì)角線法的運(yùn)用前提,等于要有一個(gè)隱含的實(shí)數(shù)不能與某自然數(shù)序列一一對(duì)應(yīng)的前提、假設(shè)。具體說就是,它先假設(shè)了所列實(shí)數(shù)與一個(gè)自然數(shù)序列A(位數(shù))一一對(duì)應(yīng)上了,然后必然就不能再與多進(jìn)制下的位數(shù)(作為自然數(shù)序列A)可以表達(dá)的同樣也是自然數(shù)的自然數(shù)序列B一一對(duì)應(yīng)了。于是,康托對(duì)角線法所實(shí)際證明的,實(shí)質(zhì)是“在所列實(shí)數(shù)與自然數(shù)序列A一一對(duì)應(yīng)的前提下,不能再與自然數(shù)序列B一一
對(duì)應(yīng)”這一點(diǎn)而已。 因此,這個(gè)證明并沒有證明實(shí)數(shù)在任何情況下都不能與自然數(shù)序列一一對(duì)應(yīng)。正如你不能假設(shè)先假設(shè)一個(gè)自然數(shù)序列a一一對(duì)應(yīng)于另一個(gè)自然數(shù)序列b的偶數(shù)序列。然后令某集合先與自然數(shù)序列a 一一對(duì)應(yīng),但由于a已經(jīng)與b的偶數(shù)序列一一對(duì)應(yīng)了,而b的偶數(shù)序列是b序列的一個(gè)真子集,此時(shí)不能再一一對(duì)應(yīng)了,于是該“某集合”不能與自然數(shù)序列b一一對(duì)應(yīng)。然后就此得出結(jié)論說如此證明了該“某集合”在任何情況下與自然數(shù)序列都不能一一對(duì)應(yīng)。這當(dāng)然是錯(cuò)的。
極限法微積分也類似,從約分消分母上的自變量才能得到在0點(diǎn)有非0/0的、有意義的趨0極限值。而實(shí)際上,正是要有非0/0型的極限值,才能約分。因?yàn)楣P者早就分析論證了,對(duì)分母上的自變量約分就是把其變?yōu)椤?”,或起碼也是任何非0值(就比如“5”)??傊扔谑裁炊伎梢裕褪遣荒艿扔?。換言之,趨于什么都可以,就是不能趨于0。這是約分的結(jié)果,也是約分的前提。因此,完全沒有,也就是不能說約分消去分母求出了非0/0型的有意義的極限,因?yàn)檫@種約分的前提就是不能有0/0型的極限值。典型的循環(huán)論證或邏輯循環(huán),不成立的。
總之,想通過約分拿掉(抹去、消去)公式中的△x/△x,只有令其等于非0/0的1/1或起碼也是任何非0/0的比如5/5。但同時(shí),約分的前提又是△x/△x中的△x不能等于0,即不能有0/0,△x可以等于任何值,比如1或5,但就是不能等于0。既然△x不能等于0,就是只能是1或起碼是比如5之類的非0數(shù)。而△x無論是1還是5,能由△x→ 0 得到嗎?也就是說,想用約分來得到增量比式的在0點(diǎn)的極限值是不可能的,這必然陷入邏輯循環(huán)或邏輯矛盾之中。
四、王文素在中國古代數(shù)學(xué)傳承中承上啟下的重要意義——世界數(shù)學(xué)史必須改寫
行文至此,筆者真的是無比地激動(dòng)!筆者早就心存疑慮,一貫長于計(jì)算、算法的中國古代數(shù)學(xué),何以竟然沒有發(fā)明微積分這一計(jì)算利器、算法利器?總覺難以理解。因此筆者總是安慰自己:怕是失傳了,或淹沒在哪個(gè)故紙堆中了?,F(xiàn)在,一個(gè)極其偶然的機(jī)會(huì),使得筆者知道了500年前的王文素及其成果,可以與之神交了。這終于印證了筆者內(nèi)心的感覺、直覺,就是中國古代應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)這樣的成就!而且事實(shí)上還大大超出了筆者的預(yù)期:王文素在500年前,早于西方牛頓他們140年,提出的還就是筆者費(fèi)了不少勁才搞定的無瑕疵的、完全正確的、無矛盾(貝克萊悖論)的、簡潔的微積分導(dǎo)數(shù)。而牛頓導(dǎo)數(shù)觀之庛,大家還都認(rèn)賬。而柯西等的非平凡極限法之庛,大家居然不是看不出來,就是不愿意“看出來”,被什么極限之類的華麗說辭一繞給繞進(jìn)去了。由此觀之,此庛,不僅是庛,實(shí)為大庛、惡庛。于是我們終于可以坦蕩地、也是實(shí)事求是地說,王文素他不僅僅是已知最早得到導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用的人,而且更重要的是,他是得到完全正確的導(dǎo)數(shù)(乙方)概念的人,也就是筆者的所謂“新導(dǎo)數(shù)定義”。他實(shí)際得到的,就是這個(gè)東西,盡管他沒有這么明確地說出來、給出明確的定義。但他確實(shí)實(shí)際地做出來了、得到了。白紙黑字寫在那里,不承認(rèn)也不行。筆者在微積分理論詮釋方面可謂“撥亂反正”,而王文素在500年前,牛頓等的140年前,根本就沒有“亂”,他當(dāng)然無須“撥”什么“亂”。那些“亂子”是在他140年之后才出現(xiàn)的。
總之,僅就正確的、無瑕疵的微積分導(dǎo)數(shù)的提出而言,王文素不是比牛頓他們有公認(rèn)瑕疵的微積分早140年的問題(他們以及其后100多年的柯西、外爾斯特拉斯等的導(dǎo)數(shù)的極限詮釋仍舊有誤,但更隱蔽。但惡劣的是,這個(gè)詮釋幾乎被所謂的“主流”看成是完全正確而無矛盾的),而是比我和Range(他是否“夠格”,資料還不夠充分。僅從李紅玲教授的簡略介紹來看,似乎應(yīng)該如此)早500多年的問題。筆者過去曾暗想(不可明說,得由人家來說),微積分肇始于300年前的牛頓、萊布尼茲,而正確無誤的導(dǎo)數(shù)詮釋竟然終結(jié)于在下。但現(xiàn)在看來,并不是!微積分正確的導(dǎo)數(shù)的得到與應(yīng)用,起碼肇始于500年前的王文素(當(dāng)然可能更早,王也許是引錄前人的方法的。待考)。筆者不過是“千辛萬苦”,從無窮小、非平凡極限法微積分誤導(dǎo)的泥淖中“爬出”重新得到了500年前王文素早就得到的東西而已。王文素何其有幸,沒有經(jīng)歷過什么“分母是自變量的非平凡極限(根本就不存在的極限)”之類的說辭的誤導(dǎo),他直接了當(dāng)、干凈利落、無比自然地就得到了含義正確的導(dǎo)數(shù)(而我在500年后卻不得不將之名之為“新”導(dǎo)數(shù)定義以區(qū)別于牛、萊、柯、外的導(dǎo)數(shù)定義 )。我是“正本清源、返璞歸真”,而王文素其實(shí)在500年前就是“正且清,璞且真”的了。這個(gè)意義上,毫無疑問,王文素就是導(dǎo)數(shù)(他叫“乙方”而已)第一人,微積分第一人!
具體地說,微積分的本質(zhì)其實(shí)就是針對(duì)函數(shù)宏觀意義的、通常意義的增量的計(jì)算、運(yùn)算。而根本就不必涉及無窮小、非平凡極限這樣的偏哲學(xué)概念。王文素從500年前的一開始就是如此做的,而筆者是從頭重新認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)的。在這個(gè)意義上,初等數(shù)學(xué)與高等數(shù)學(xué)根本就沒有通常人們認(rèn)為的那些本質(zhì)的區(qū)別。我們這里涉及的是微積分的正確概念的開始,當(dāng)然不是指的其后續(xù)發(fā)展即內(nèi)容的不斷豐富。明朝之后的后繼乏人,不能算到王文素頭上。他開了個(gè)好頭,沒有后來人,能怪他?能否定他率先得到正確的導(dǎo)數(shù)這一點(diǎn)?我們這些500年后的“今人”需要做的,是不能繼續(xù)無視他的貢獻(xiàn)。500年前沒有伯樂(王曾感慨。見本文后面引述的他的詩作),難道過去都500年了,還沒有?難道還要再等500年才有伯樂出嗎?趙擎寰等先生可算伯樂,但惜乎早逝(06年 ),當(dāng)今識(shí)者當(dāng)繼之。
特別提一下,趙擎寰先生曾說:“對(duì)于17世紀(jì)微積分創(chuàng)立時(shí)期出現(xiàn)的導(dǎo)數(shù),王文素在16世紀(jì)已率先發(fā)現(xiàn)并使用,因而,只從微積分的角度探索導(dǎo)數(shù)的起源是不夠的。由此看來王文素對(duì)世界數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)還應(yīng)更深入的研究?!?/p>
他這句話盡管對(duì)王文素評(píng)價(jià)很高,但容易、也已經(jīng)引起了誤解:似乎王文素雖然提出導(dǎo)數(shù)是提出了,但不是用的微積分方法。理由大概不外是沒有使用無窮小或者極限,不敢提他搞的就是微積分。還說要“更深入的研究”。實(shí)際上,這給了那些傾向于民族虛無主義的人以口實(shí)。“你看,你們自己都不敢承認(rèn)王文素搞的是微積分吧?”。但依照本文及筆者系列有關(guān)文章揭示的,真正的、無矛盾的微積分,就該是王文素這個(gè)樣子的,無非平凡極限和無窮小概念的,只涉及增量的。由于沒有吃透這一點(diǎn),趙擎寰先生惑于極限、無窮小概念,因此未敢大方地把王文素導(dǎo)數(shù)(乙方)與微積分直接掛鉤。給人一種印象,似乎王文素白紙黑字是“寫出”導(dǎo)數(shù)(乙方)了,但他自己未必知道導(dǎo)數(shù)為何物似的。其實(shí),正如筆者所言,此點(diǎn)完全過慮了。王文素不但最先提出的導(dǎo)數(shù),而且是最先提出了完全正確的導(dǎo)數(shù)。而140年后牛頓他們才是真正提出雖然數(shù)值正確,但概念上有矛盾的導(dǎo)數(shù)。也就是說,王文素與牛頓他們的地位完全應(yīng)該顛倒過來:不是王沒有明確給出導(dǎo)數(shù)的確切含義,而是牛頓(包括更晚的柯西等)等給出的“舍棄高階無窮小”、“最終比”、非平凡極限等概念用于解釋導(dǎo)數(shù)是錯(cuò)的。因此,必須理直氣壯地給王文素正名!趙擎寰先生如果再生,當(dāng)可釋然了。
此處,再一次對(duì)所謂的“非平凡極限”做一點(diǎn)論述。柯西等的“極限法求導(dǎo)”,是沒有提到什么平凡不平凡的問題的,在他們眼里,其所使用的極限就是極限,沒有什么可以“非平凡”的。但是實(shí)際上,在筆者的分析下可以看出,他們在求導(dǎo)過程中所使用的極限,絕對(duì)不是正常的極限,而是很不正常的極限。具體說,就是筆者一再提到的分母為自變量的一個(gè)比式在自變量趨于0時(shí)的極限。這個(gè)極限不一般,其實(shí)它的極限就是無意義的(也可以說是“非平凡的”)0/0,與其函數(shù)值一致。理由前面及前期文章都討論的很充分了,不再贅述。因此,不認(rèn)可或?qū)@個(gè)“非平凡極限”提出異議,并不是對(duì)全部極限概念提出異議。很多人其實(shí)連這個(gè)也搞不清楚。不得不在此多說兩句。
五、微積分優(yōu)先權(quán)的問題,該不該爭?
關(guān)于該不該爭論微積分求導(dǎo)優(yōu)先權(quán)的問題。還用說?當(dāng)然該爭。中國人不爭,晉人不爭,汾人不爭,誰給你爭?美國人會(huì)給你爭?歐洲人會(huì)給你爭?須知,當(dāng)年牛頓與萊布尼茲及同時(shí)代人還爭得不亦樂乎呢,我們何必如此“清高”。不給國人爭,等于是給外國人爭。不是不爭,外國人早就在那里爭了【6】。而一些國人,居然不知是無知還是故意,也在幫著外國人爭。比如有某些學(xué)者在大庭廣眾之下,當(dāng)著莘莘學(xué)子的面大言不慚地說什么“中國人在歷史上對(duì)科技的貢獻(xiàn)等于0”什么的。此類無知謬論必須嚴(yán)厲反駁。當(dāng)然,這也是過去對(duì)中國古代文獻(xiàn)掌握不充分所致。但不懂,就應(yīng)該老老實(shí)實(shí)地學(xué),而不是張口胡說誤導(dǎo)青年。這方面吳文俊先生給我們做出了杰出榜樣。他甚至曾說他一生最大的成就,就是對(duì)偉大的中國古代數(shù)學(xué)的重新認(rèn)識(shí)。所以該不該爭這個(gè)問題是一個(gè)偽命題。還有些人拿韓國一些人的過度爭不合理的優(yōu)先權(quán)來說事兒,似乎誰爭論,誰就與個(gè)別韓國人似的狹隘了。我們說,不合理的、無理的爭,當(dāng)然不可以,但這不能否定合理的,有根有據(jù)的爭。在如此重大的科學(xué)史優(yōu)先權(quán)問題上,實(shí)事求是地返璞歸真,當(dāng)然有利于提升民族自信心。也可以徹底反駁那些認(rèn)為中國古代無科學(xué)可言的無知言論。比如數(shù)學(xué)大家吳文俊先生就說過,他過去也認(rèn)為中國古代數(shù)學(xué)無足輕重,但真正了解研究下去,認(rèn)為不得了,很多東西都是領(lǐng)先西方的。吳先生總不是吹牛的人吧。吳文俊先生特別著文大為贊賞與推崇?九章算術(shù)?對(duì)無理數(shù)的定義方式,認(rèn)為比直接將無理數(shù)定義成無限非循環(huán)小數(shù)要合理、自然的多。并且坦蕩地指出首先看成、指出此點(diǎn)的另有其人(具體人名我忘了)。吳先生高風(fēng)亮節(jié),比那些明里暗里抄襲別人成果的人不知道強(qiáng)多少倍,沒法比。如果吳先生得知王文素率先得到而且是得到了正確的導(dǎo)數(shù)這回事的話,我想他一定是會(huì)“高興壞了”的!起碼在無理數(shù)的定義、給出和微積分導(dǎo)數(shù)(而且是正確的導(dǎo)數(shù))這兩個(gè)方面,中國古人都無疑是領(lǐng)先的。況且就是在500年后的現(xiàn)在,西方也沒有人給出正確的微積分導(dǎo)數(shù)的詮釋(定義),當(dāng)然也許Range除外,這個(gè)需要進(jìn)一步的了解、考證。至于國內(nèi),在下就不客氣地啰。
這里,筆者不得不再一次澄清一下:筆者詬病極限法微積分(準(zhǔn)確地,應(yīng)該是“非平凡極限法微積分”),并不是籠統(tǒng)地、一般地否定極限。在與一些人的討論中,筆者發(fā)現(xiàn),很有些人搞不清筆者的意思,以為筆者認(rèn)為所有的極限都不存在似的。這實(shí)際上當(dāng)然不對(duì)。筆者詬病的,是極限法微積分(其實(shí)應(yīng)該更準(zhǔn)確地稱其為“非平凡極限法微積分”或“非正確極限法微積分”、“非正常極限法微積分”。理由前面即筆者系列有關(guān)論文中已經(jīng)充分地討論了)。具體說,就是一個(gè)分母為自變量的比式的趨0極限。也就是前面說的△y/△x 這樣的式子的在△x → 0時(shí)的極限。它本不存在、或說實(shí)際也等于與其函數(shù)值一樣的、無意義的0/0。而無分母或分母不是自變量的非比式的極限,比如二次函數(shù)下的2x + △x 這樣的式子的△x → 0下的極限,當(dāng)然是有的,它與其函數(shù)值是一致的,憑什么沒有呢?問題僅僅是,傳統(tǒng)上認(rèn)為非平凡的一個(gè)比式與一個(gè)非比式的趨0極限是一回事,而筆者只是認(rèn)為、揭示、論證了它們不是一回事而已。
總之,對(duì)微積分發(fā)明權(quán)、發(fā)明人的正本清源,有助于提振我們的民族自信心。當(dāng)今之世,這一點(diǎn)還是十分重要的。有人說爭這個(gè)沒有什么意思,這個(gè)說法當(dāng)然是不對(duì)的。當(dāng)年牛頓、萊布尼茲為了類似的事情,還爭的一塌糊涂呢,而且牽涉到幾十年間英國與歐洲大陸之間學(xué)者間的抵牾。因此,事實(shí)證明,即使在西方,該爭的也還是要爭的,絕對(duì)沒有那么超脫。換言之 ,中國人的成就 ,中國人不去爭,誰還為你爭?事實(shí)上,西方部分人人有意無意或說刻意貶低中國古代科學(xué)、數(shù)學(xué)成就的,他們并不都是圣人。更何況、而且是最重要的,王文素的成就,是實(shí)實(shí)在在的。無論時(shí)間還是內(nèi)容。因此,這是本質(zhì)是一個(gè)實(shí)事求是的問題,還不是一個(gè)單純的爭名譽(yù)的問題。
筆者不是一個(gè)隨便亂說話的人,沒有十足的把握,不會(huì)輕易下結(jié)論。因此,對(duì)王文素微積分成就的評(píng)價(jià)結(jié)論,應(yīng)該是經(jīng)得起歷史考驗(yàn)的。
六、撥亂反正意義下的極簡微積分概念發(fā)展史綱要
對(duì)于微積分概念,或?qū)?shù)概念發(fā)展史,這里可以提出一個(gè)極簡版本(作為一部真正意義的“信史”):
1、明朝山西汾陽人王文素在500年前出于求高次方程的目的(實(shí)際就是曲線方程、非線性方程),得到或提出導(dǎo)數(shù)(乙方)概念。并且正式運(yùn)用其于解方程和插值運(yùn)算。他直接針對(duì)的就是函數(shù)增量,完全無涉無窮小、非平凡極限概念。這是正確的。他已經(jīng)得到正確的導(dǎo)數(shù)概念了,當(dāng)然也就不會(huì)也不可能去評(píng)論、分析、指正140年后才出現(xiàn)的無窮小、非平凡極限之于導(dǎo)數(shù)概念的謬誤之處了。王所得到的導(dǎo)數(shù)(乙方)的途徑,完全是基于增量方程而不是增量比值方程,因此根本就不會(huì)產(chǎn)生貝克萊悖論的矛盾。這與500年后筆者和Range(尚待詳細(xì)考察)的思路是完全一致的。
2、140年之后,也就是大約300多年之前,牛頓、萊布尼茲先后提出微積分導(dǎo)數(shù)概念。但他們都是基于增量比值函數(shù)的,也就是分母是自變量的分式的。這就涉及“約分”消去分母上的自變量的問題。因?yàn)闆]有參透這一步驟的真諦,所以不能不產(chǎn)生貝克萊悖論的矛盾問題。
3、貝克萊正式提出其貝克萊悖論(約幾十年之后)。實(shí)際上,牛頓和萊布尼茲不待貝克萊提出這個(gè)問題,他們自己一定也是知道的。這反映在牛頓一開始基于無窮小,后來又改成“最終比”(其實(shí)就是非平凡極限);而萊布尼茲正相反(見微積分概念發(fā)展史)。
4、由于貝克萊正式提出貝克萊悖論,而且作為一個(gè)神學(xué)家,大有辱慢不信神的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家的意思,這才引起數(shù)學(xué)家的重視??挛鳌⑼鉅査固乩沟认群笳教岢鰳O限法(實(shí)際是非平凡極限法、非正確的極限法),通過一些煞有介事、疊床架屋、概念變換的神操作,把無窮小與非平凡極限所產(chǎn)生的問題(貝克萊悖論)掩蓋了起來。于是似乎天下太平了。但其實(shí)問題依舊,這個(gè)筆者早有詳細(xì)的、無可辯駁的論證。但必須強(qiáng)調(diào),在數(shù)學(xué)史上很少提及的掌故是,大數(shù)學(xué)家歐拉并不同意這種“極限法”,他認(rèn)為導(dǎo)數(shù)就是該導(dǎo)數(shù)點(diǎn)的函數(shù)值,盡管其為0/0。但必須承認(rèn)有這個(gè)東西,其后才是怎么處理的問題。特別應(yīng)該大書一筆的是,偉大的馬克思(還有恩格斯)對(duì)數(shù)學(xué)(主要是微積分)極有興趣,視其為第二學(xué)術(shù)。他的看法與歐拉是想通的。他明確提出,導(dǎo)數(shù)“就是該點(diǎn)之值,完全不需要數(shù)學(xué)家的什么趨于它卻永遠(yuǎn)到不了它的昏話”(大意 ,見馬克思?數(shù)學(xué)手稿?)。但歐拉和馬克思的觀點(diǎn),幾乎完全被中外數(shù)學(xué)界所無視或邊緣化,鮮有人提及。這只是反映了這些人的無知和傲慢。據(jù)說當(dāng)年還有人說什么“為了維護(hù)馬克思的英名,根本就不該出版?數(shù)學(xué)手稿?這樣不成熟且落伍的東西”。但其實(shí)歐拉與馬克思比之這些人實(shí)際上要高明的多。國外、西方我就不多說了,他們現(xiàn)在骨子里是反馬克思主義的,難免殃及馬克思的數(shù)學(xué)觀點(diǎn)。而國內(nèi)我就看不懂了,不是推崇馬克思的嗎?為什么完全無視馬克思對(duì)微積分的思考與貢獻(xiàn)?這不能不說是國內(nèi)馬哲、數(shù)學(xué)史、科學(xué)史、數(shù)學(xué)方面的學(xué)者的缺失或失職。尤其是馬哲,你研究的就是馬克思主義哲學(xué),為什么反而對(duì)馬克思對(duì)極限法微積分的質(zhì)疑一字不提?
5、從茲200年于今,數(shù)學(xué)家們在這個(gè)問題上就算有了交代(反正也沒見什么人再提出什么問題了,貝克萊也死了,不能再說三道四了),就算大功告成了。于是有關(guān)非平凡極限法求導(dǎo)的微積分教材(在筆者看來就是故弄玄虛的)“ε-δ”的一套讓學(xué)生們不勝其煩的說辭大行其道,類似教材竟然相互傳抄,以至汗牛充棟。至此,無須乎多言,在這個(gè)問題上,早已形成了不太小的小圈子式的利益集團(tuán)、面子集團(tuán)(美其名曰什么“學(xué)術(shù)共同體”)。其一損俱損,一榮俱榮。而學(xué)術(shù),早已不復(fù)當(dāng)年王文素、牛頓等誠實(shí)求真的傳統(tǒng)了。
6、進(jìn)入2010年代,筆者從代數(shù)法入手,提出導(dǎo)數(shù)的所謂“新定義”,進(jìn)而在此基礎(chǔ)上徹底澄清了傳統(tǒng)微積分究竟為何如馬克思所言,“從明顯有問題的推導(dǎo)卻得到了完全正確的導(dǎo)數(shù)”的緣由。這都是對(duì)約分的定義的忽視所致。因此返璞歸真,徹底解決了貝克萊悖論問題,使得微積分回歸其本原。也許,美國的Range教授也明乎此。但還需要具體考證。
7、只是在前幾天,筆者才偶然在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)500年前的明代山西汾陽人王文素對(duì)微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)的提出與得到途徑,與500年后的筆者不謀而合(可能還有美國的Range,待考),都不存在貝克萊悖論。王文素當(dāng)然沒有指出非平凡微積分求導(dǎo)之誤在何處,因?yàn)榇祟愓f辭在其身后140年到200多年才出現(xiàn)。他無機(jī)會(huì)也無“義務(wù)”為其百年之后的錯(cuò)誤來澄清什么。這個(gè)工作是筆者完成的。
8、近幾十年來,不斷有學(xué)者對(duì)非平凡極限法微積分求導(dǎo)從不同角度提出質(zhì)疑的。這與歐拉、馬克思是一脈相承的。比如師教民、楊文彪等等(有些名字一時(shí)想不起來了,待以后完善。有些筆者可能還不知道)。盡管在極限法最為要害的地方給以致命一擊的是筆者 。對(duì)于極限法微積分求導(dǎo)的派生問題(二級(jí)問題)的自變量的微分定義問題,也就是自變量的微分不是函數(shù)微分的線性主部,而就是其增量本身的這個(gè)定義,先后提出的人就更多了。其中最有名的是南京大學(xué)學(xué)術(shù)泰斗級(jí)的人物莫紹揆。這是數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)公認(rèn)的大學(xué)問家。更早有朱啟定(1978年)、師教民、梁贊臣等,晚些有丁小平等。還有不少人。這些人都屬于敢為天下先的,比同期對(duì)微積分求導(dǎo)問題完全無感或不敢感的那些人不可同日而語,不應(yīng)被無視。還有一些學(xué)者,認(rèn)為基于非平凡比式(分母為自變量的比式)的非平凡趨0極限法求導(dǎo)是有缺點(diǎn)的(雖然沒有徹底否定,但其實(shí)是事實(shí)上否定或否定其一部分)并明確提出改進(jìn)方案的,國外有。這里只提國內(nèi)的,比如林群院士、張景中院士 、李紅玲教授等。師教民、丁小平、楊文彪等,也先后提出自己的解決方案或過渡解決方案。至于這些方案的進(jìn)退得失,筆者此處不做評(píng)論了,請讀者自辨之。但無論如何,努力方向應(yīng)該肯定。這亦是有關(guān)史實(shí)的一部分。
微分的定義問題,實(shí)際馬克思早就提出了。他是始作俑者。見梁贊臣的文章。馬克思數(shù)學(xué)手稿中的一些思想,比不但當(dāng)時(shí),而且就是比現(xiàn)在很多吃數(shù)學(xué)這碗飯的人也強(qiáng)的真不是一點(diǎn)點(diǎn)。比如,馬克思認(rèn)為微積分是由明顯錯(cuò)誤的方法得到了正確的結(jié)果。又比如,馬克思認(rèn)為導(dǎo)數(shù)的不斷趨近而又不能達(dá)到是胡說,昏話(翻譯不同)。認(rèn)為導(dǎo)數(shù)就是0點(diǎn)之值,實(shí)實(shí)在在的,根本就不是什么虛無縹緲的不可達(dá)極限。馬克思數(shù)學(xué)手稿多年來被吃數(shù)學(xué)飯的某些人晾在一邊,或攻擊為不靠譜,等等。其實(shí)在現(xiàn)在看來,馬克思到底是馬克思,就是比這些人強(qiáng)不是一點(diǎn)點(diǎn)。不是一個(gè)級(jí)別的。我不說瞎說的,看我的文章就可以知道。天不假年,如果給馬克思幾年壽,說不定馬克思早就徹底解決這個(gè)問題了(沿他的思路),何勞我輩絮叨?不過自變量的微分定義問題其實(shí)不是本質(zhì)的、核心的問題。核心問題仍是導(dǎo)數(shù)。微分問題是一個(gè)次生的問題。單純解決不了的。也就是,如果不對(duì)導(dǎo)數(shù)進(jìn)行重新認(rèn)識(shí),永遠(yuǎn)解決不了這個(gè)自變量的微分問題的。
說一句振聾發(fā)聵的話吧。“天下學(xué)子苦微積分久矣”,實(shí)際應(yīng)該是“天下學(xué)子苦極限法微積分久矣”。而500年前的王文素,完全沒有受到牛頓、萊布尼茲所謂“第一代”(晚了140年)和柯西、外爾斯特拉斯的所謂“第二代”(晚了200多年)微積分導(dǎo)數(shù)觀的污染,因此極端的干凈利落。沒有任何非平凡極限法的拖泥帶水、無理強(qiáng)辯的東西在。而筆者則是徹底地揭示了傳統(tǒng)微積分的問題所在,返璞歸真,回歸微積分、導(dǎo)數(shù)的真諦。在王文素那里幾乎就是順理成章、極其自然的東西,被西方傳統(tǒng)微積分詮釋誤導(dǎo)這么多年后,撥亂反正、重新給以正確的詮釋是不容易的。這個(gè)事情是我徹底完成的。按照王文素的做法的本質(zhì)和筆者的詮釋來處理、解釋微積分導(dǎo)數(shù)相關(guān)問題,會(huì)變得極其簡單明確。無論對(duì)教學(xué)還是后續(xù)科研創(chuàng)新,都是極其有意義的。更不用說這還是中國人完成的,無論是500年前還是500年后。
吳文俊先生曾經(jīng)說過(前文已引),微積分實(shí)際上是中國數(shù)學(xué)的路子,更是中式數(shù)學(xué)戰(zhàn)勝希臘式數(shù)學(xué)的歷史必然(大意)【6】。這是吳先生在上世紀(jì)七十年代在完全不知道王文素工作的情況下說的??梢妳窍壬酃庵翡J,全局觀之把握,確實(shí)勝人一籌。現(xiàn)在好了,有了王文素工作的揭示,確實(shí)印證了吳先生的直感,并且順理成章地補(bǔ)齊了中國乃至世界數(shù)學(xué)史、微積分史的短板:按中國古代數(shù)學(xué)思路的發(fā)展脈絡(luò),幾乎不可能不發(fā)展出其初衷就是運(yùn)算實(shí)際問題的微積分這樣的東西。吳先生幾年前逝世了,如果他健在,知道這點(diǎn)一定是會(huì)非常高興的,我想。
總之,中國古代數(shù)學(xué)的傳承實(shí)質(zhì)是什么?實(shí)際上筆者以為,就是數(shù)學(xué)對(duì)整個(gè)人類知識(shí)(物理、化學(xué)、材料、社會(huì)等等)的仆人地位。它的出現(xiàn),就是為它們服務(wù)的。說句笑話,數(shù)學(xué)的發(fā)端或許就是為了數(shù)錢,呵呵。這其實(shí)是數(shù)學(xué)的本來面貌。當(dāng)然,它同時(shí)也是人類知識(shí)的一部分,而且是很重要的一部分。而古希臘的數(shù)學(xué),眾所周知,甚至具有“神”的進(jìn)而連帶地“神秘”的地位。在他們那里,數(shù)學(xué)、起碼是所謂的高級(jí)數(shù)學(xué),不是仆人而是高高在上、傲視群雄的主人、帝王。最典型的就是無理數(shù)的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)人被處死的問題。中國古代數(shù)學(xué),就是為了運(yùn)算,為了解決實(shí)際問題而生的,其實(shí)這才是數(shù)學(xué)的真諦,也是它的本來面貌。中國古代數(shù)學(xué)就是一個(gè)簡單、精煉、實(shí)用、一語中的、絕不拖泥帶水。而西方數(shù)學(xué)傳統(tǒng),難免繁瑣、故弄玄虛、強(qiáng)詞奪理。其優(yōu)點(diǎn)也許是嚴(yán)格,但實(shí)際上正如康托對(duì)角線法問題,實(shí)數(shù)不可數(shù)問題,微積分求導(dǎo)問題等等可以看出,有時(shí)候這種所謂的“嚴(yán)格”,其實(shí)是一些“偽嚴(yán)格”,有錯(cuò)的“嚴(yán)格”。微積分就是用來計(jì)算的,而不是為了讓人們?nèi)ジ闶裁凑軐W(xué)化的無窮小、不可達(dá)極限之類的概念的。這是大家所應(yīng)該牢記的。至于過去不得不走到這一步,那是有些東西沒有搞清所致?,F(xiàn)在既然清楚了,就應(yīng)該返璞歸真了。
此外,華羅庚、王元在上世紀(jì)五十年代也有一文【7】,言及其實(shí)很多數(shù)學(xué)問題無需極限概念就可以用差分(其實(shí)就是“增量”)求得,這實(shí)際上就是華老常年在數(shù)學(xué)科研、教學(xué)中自己的體會(huì)與感想。顯然,他們也是認(rèn)為對(duì)很多問題的求解而言,極限法是很累贅的東西,有時(shí)根本就無必要。當(dāng)然他們沒有更其深入下去,但感覺無疑是遠(yuǎn)勝同時(shí)代的其他人的。在筆者看來,這從側(cè)面也反映出了傳統(tǒng)極限法微積分的問題。
不得不感慨,王文素生前,幾十年皓首窮經(jīng),懷才不遇,沒有受到重視(從其詩詞中可以看出),以至其煌煌巨著都沒有刊刻出版、公之于世。500年前的明朝之事,我們管不著了,但500年后的當(dāng)今,難道我們?nèi)耘f沒有長進(jìn),與 500年前一樣,對(duì)其成就不聞不問、任其蒙塵嗎?搞科學(xué)史的袞袞諸公,本應(yīng)以提振民族自信心為己任的有關(guān)部門和人物,難道不感到失職嗎?
引王文素詩詞 :
身似飄篷近六旬,留心學(xué)算已年深??嗨忌浦戮駭?,久視能令眼目昏。鐵硯磨穿三兩個(gè),毛錐乏盡幾千根。如風(fēng)掃退天邊露,顯出中秋月一輪。
暖衣飽食際雍熙,算數(shù)林中論是非。
陋室半間尋妙理,靈臺(tái)一點(diǎn)悟玄機(jī)。
猶如月到天心處,活似風(fēng)來水面時(shí)。
料此一般清意味,世間能有幾人知。
諸家算籍甚差訛,暮玩朝參已證磨。
有意刊傳財(cái)力寡,無人成就恨嗟多。
魯麟直得逢尼父,楚璧須還遇卞和。
良馬若非遇伯樂,鹽車?yán)栏嬲l何。
七、微積分教材及數(shù)學(xué)史方面的修改建議及理由
建議:以后所有的微積分教科書或科學(xué)史方面的書,都應(yīng)該載入王文素對(duì)微積分求導(dǎo)及其運(yùn)用的貢獻(xiàn)。即使本文所提到的新詮釋還沒有廣泛被人理解,也并不影響其微積分發(fā)明權(quán)的歸屬問題。比牛頓早140年,還有什么可說的。更何況牛頓等的微積分、導(dǎo)數(shù)也并不完善,這是公認(rèn)的,否則還要柯西等的“第二代微積分”何干?既然微積分的創(chuàng)始不以大家誤以為的“正確的”柯西非平凡極限法為準(zhǔn),那即使就算王文素的微積分導(dǎo)數(shù)(乙方)提法有缺失(其實(shí)前面說了,絕對(duì)不是這么回事),憑什么他就不是微積分的創(chuàng)建人?崇洋也不能崇到不顧事實(shí)的地步吧?須知,西方除少數(shù)人如李約瑟,大部分人正如其不會(huì)把科技專利、新技術(shù)訣竅等等輕易與我一樣,其也絕對(duì)不會(huì)把古代科技創(chuàng)新的桂冠輕易地給我們戴上的!這一點(diǎn)要有清醒的認(rèn)識(shí)。別把西方一些人當(dāng)什么能夠“客觀公正”的圣人。自己都不弘揚(yáng),無人為你弘揚(yáng)。自己都不自豪,誰還替你自豪?
筆者不禁感慨,趙擎寰等學(xué)者之后,關(guān)于王文素微積分成就的討論與弘揚(yáng)似乎歸于沉寂。我只是在最近及其偶然的情況下才了解到還有這回事的。筆者認(rèn)為,過去就算了,大環(huán)境就是一個(gè)崇洋否己氛圍,而現(xiàn)在不一樣了、起碼是應(yīng)該不一樣了!西方一些人、美國一些人,圖窮而匕首見,徹底撕下了客觀公正的假面,其貶低我們的,未必只限于現(xiàn)代。對(duì)他們而言,最好你連古代也不行。對(duì)這些我們一些人要看透,要充分認(rèn)識(shí)??傊?,弘揚(yáng)古代、歷史的輝煌,絕對(duì)有助于提升我們的民族自信心,絕對(duì)有利于我們攻堅(jiān)克難,突破科技瓶頸,打破美、西的科技封鎖,使得自己真正的崛起、屹立于世界民族之林,取得我們應(yīng)有的科技地位。這是可以實(shí)現(xiàn)的,理由很簡單:歷史上我們曾經(jīng)部分地實(shí)現(xiàn)過了。比如明朝的山西汾陽人王文素!筆者實(shí)際上還有一點(diǎn)小小的想法:我中華泱泱乎大國,一些人渾渾噩噩沉浸其大,不在乎王文素這點(diǎn)小譽(yù),但僅就桑梓情懷而言,山西人、汾陽人豈可坐視?難道前面對(duì)國人說的話還需要重復(fù)對(duì)你們再說一遍嗎:作為王文素的老鄉(xiāng),你們自己都不弘揚(yáng),誰還替你弘揚(yáng)?自己都不自豪,誰還替你們自豪?因此,筆者認(rèn)為,山西、汾陽有關(guān)人員和單位以至全體山西、汾陽還有那些以“大槐樹”為宗的人趕快行動(dòng)起來吧,把你們的文素老鄉(xiāng)“轉(zhuǎn)起”搞搞火吧!在“抖音”上也抖抖吧!與其樹“大槐樹”這個(gè)木,還不如樹“王文素 ”這個(gè)人!別繼續(xù)讓給你們山西人、汾陽人以至中國人掙了大面子的你們的老鄉(xiāng)王文素先生繼續(xù)如500年前一樣地被埋沒下去了,別讓我這個(gè)在山西插過隊(duì)、對(duì)山西很有感情的非山西人獨(dú)自一人地為你們的老鄉(xiāng)、你們的驕傲“鼓與呼”了。我唯一可以保證的,是你們這位老鄉(xiāng)正確的微積分發(fā)明人的地位(提出“乙方”)絕無問題,板上釘釘。王文素的成就擺在那里,值得你們理直氣壯地去充分“肯定”的。如果有無知者說你們“吹?!保桶创宋乃悸分饤l反駁這些人好了。
總之,在如此國際形勢下,砥礪民氣,于今為要。這個(gè)無需筆者饒舌。取得引領(lǐng)世界的成就,古人可為,當(dāng)今反不可為?由此可見,這絕對(duì)不僅僅只是一個(gè)科學(xué)史實(shí)的正本清源問題,而是一個(gè)提振民氣使可用的問題。
故此,筆者此文,望識(shí)者(特別地山西人、汾陽人、所有“以大槐樹為宗”的人)多多轉(zhuǎn)發(fā),以廣民族、桑梓振興之光。
500年前的王文素,面對(duì)世人的冷落,著作的刊刻無望,不禁感嘆道: “良馬若非遇伯樂,鹽車?yán)栏嬲l知”,“有意刊傳財(cái)力寡,無人成就恨嗟多”。
500年前無伯樂,500年后的現(xiàn)在,仍舊無伯樂乎?難道還要像一首歌中所唱的,“再等500年”才有伯樂出嗎?
此文剛寫完,還未修改校對(duì),又發(fā)現(xiàn)一條信息:
?對(duì)于17世紀(jì)微積分創(chuàng)立時(shí)期出現(xiàn)的【導(dǎo)數(shù)】,在王文素16世紀(jì)收集之前,早已在民間普及使用。
如是真的,就證實(shí)了筆者的想法。導(dǎo)數(shù)的提出比王還要早!
補(bǔ)遺一
上文基本完成后,對(duì)王文素法,筆者又有些新的心得。就不費(fèi)心插入上文了,索性作為“補(bǔ)遺”單獨(dú)成篇(仍以最簡單的二次函數(shù)為例)。筆者的求導(dǎo)思路見圖1,王文素得到導(dǎo)數(shù)的途徑為圖2所示。圖1中筆者把曲線相關(guān)增量△x與作為直線的割、切線的相關(guān)增量△g等區(qū)別開來,是基于筆者提出的“新導(dǎo)數(shù)定義”。當(dāng)然,如果能夠嚴(yán)格分清曲線與割、切線的區(qū)別,作為自變量,曲線與直線當(dāng)然是可以共用的。因?yàn)榇藭r(shí)在新定義下,我們完全不必在增量比值函數(shù)△y/△x下討論問題,而就在增量函數(shù)△y = (2x + △x)?△x下討論即可。當(dāng)△x = 0或△x → 0時(shí),此式有0 = (2x + 0)?0 = 2x?0 =k?0,k = 2x就是切線的斜率。它與切線的增量△x與△y 為不為0,趨不趨0沒有關(guān)系。因?yàn)樾甭适且粭l直線所固有的,是直線上任何兩個(gè)點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)差,不取決于特定的點(diǎn)。這也是美國紐約大學(xué)的Range的做法。當(dāng)然,Range是否充分認(rèn)識(shí)到了導(dǎo)數(shù)與曲線上的兩個(gè)點(diǎn)無關(guān),而只與曲線的切線上的兩個(gè)點(diǎn)有關(guān),導(dǎo)數(shù)就是切線本身的宏觀、傳統(tǒng)意義的斜率筆者還不是很清楚(資料有限)。通常一般以為,說導(dǎo)數(shù)是切線斜率,只是數(shù)值如此,它本質(zhì)上還是曲線本身的性質(zhì)。這當(dāng)然是錯(cuò)的,是產(chǎn)生貝克萊悖論的根本原因。馬克思曾經(jīng)寫道,0/0是有意義的,即0/0 = 2x = k。因?yàn)槔碛梢彩? =(2x + 0)?0 = 2x?0 =k?0是完全成立的。當(dāng)然,這種看法是走到了真相的門口,但還是沒有邁出最后一步。0/0還是不允許出現(xiàn)的,它不是像以往以為的那樣是“可以等于任何值”,而是如筆者論證的“不能等于任何值”(見筆者前期相關(guān)論文)。王文素得到導(dǎo)數(shù)(乙方)的思路,見圖2。他實(shí)際是把函數(shù)的增量△y = 2x?△x + △x2,不再看成線性函數(shù)(割線)△y = (2x + △x)?△x = k(x, △x)? △x,而是就看成曲線的增量△y = 2x?△x + △x2的線性部分2x?△x與非線性部分△x2的疊加。而不必取或令△x趨于0或等于0,而是直接取△y = 2x?△x + △x2的線性部分2x?△x 即可。當(dāng)然,細(xì)究起來,這個(gè)2x = k,是不是就是切線的斜率,還是要給出明確證明的。這個(gè)王文素沒有給出,他只是操作正確,而沒有深究幾何意義。但這并不影響他微積分第一人的地位,因?yàn)轱@然,牛頓、萊布尼茲公認(rèn)也是沒有正確理解導(dǎo)數(shù)的確切意義的。而其后百年的極限法微積分(所謂“第二代微積分”),同樣有問題(見筆者分析)。對(duì)2x是切線斜率的證明,一個(gè)是增量 △x可以取的任意地小甚至等于0,也就是△x = 0或△x → 0。另一個(gè)就是非線性部分△x2的前面的符號(hào)不能變。如果2x不是切線的斜率,就是割線的斜率,如此,當(dāng)△x → 0時(shí),△x2前面的符號(hào)會(huì)改變。對(duì)應(yīng)的幾何意義就是該直線有時(shí)在曲線之下,有時(shí)又在曲線之上。同時(shí),既然△x2前面的符號(hào)會(huì)改變,就說明在某一個(gè)點(diǎn)△x2 = 0而此時(shí)△x卻不等于0,這當(dāng)然是不成立的。因此,2x?△x只能是切線,不可能隨著△x的變小到一定地步但不等于0時(shí),它成了割線的增量也即曲線的增量,而此時(shí)△x2 = 0。這是不可能的。此點(diǎn)讀者可自行驗(yàn)證之。而一經(jīng)證明,王文素法不但可用,而且極其簡單好理解。本質(zhì)上,圖1(筆者)與圖2(王文素)的兩種得到導(dǎo)數(shù)的方法,本質(zhì)上是一樣的。筆者、Range的方法,是把曲線的增量看成與其數(shù)值相等的割線的增量,也就是把一個(gè)二次曲線看成一次的直線,把非線性部分折合到直線方程的系數(shù)(斜率)k中。然后令其中的自變量△x → 0最后等于0,此時(shí)斜率k變化,意味著割線在以x點(diǎn)為軸旋轉(zhuǎn),最終停止在切線位置。而王文素法(圖2)直接取曲線增量的線性部分,這與傳統(tǒng)上微分的定義完全一致。這里其實(shí)是把曲線函數(shù)的“線性主部”與自變量之比直接看成導(dǎo)數(shù),其先后次序如此。而傳統(tǒng)微積分甚至筆者(包括Range),是先得到導(dǎo)數(shù)(圖1),至于微分,在重新利用導(dǎo)數(shù)來定義。二者當(dāng)然都可以,只是先后次序不同,況且王文素法還有一個(gè)證明系數(shù)2x確實(shí)就是曲線x點(diǎn)的切線的斜率的問題(見前述)。但一旦給出了這個(gè)證明,就可以一勞永逸,直接采用王文素法,這個(gè)更為簡單、直接,好理解。而筆者的方法,雖然更為完備(等于給出了一個(gè)證明),但筆者在與其他一些人的討論中感到,很多人居然搞不清兩種不同的極限。他們一看到△x → 0,就說你這不是還是極限法嗎?他們看不到屬于割線、切線的△g是不等于0的,是完全可以與曲線相關(guān)的變量△x 不是一個(gè)變量的。而導(dǎo)數(shù)不是增量比△y/△x在△x → 0時(shí)的極限,而是△g ≠ 0時(shí)的△h/△g的比值。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào),王文素法需要給出證明,只是限于導(dǎo)數(shù)的幾何意義。比如割線、切線、曲線概念上的。而王文素只是針對(duì)高次方程的,是代數(shù)的,他顯然沒有義務(wù)(有當(dāng)然更好)去涉及導(dǎo)數(shù)(乙方)的幾何概念。他只要得到一次項(xiàng)的系數(shù)就可以了。并且直接把這個(gè)一次項(xiàng)的系數(shù)看成“乙方”,也就是導(dǎo)數(shù)即可。就算王文素沒有給出導(dǎo)數(shù)(乙方)十分清晰的全景圖像與定義,但一、二百年之后的牛頓、萊布尼茲甚至柯西等不是也沒有正確無誤地給出導(dǎo)數(shù)的定義嗎?因此,以此苛責(zé)王文素是無道理的。王文素的導(dǎo)數(shù)得到途徑,簡單的令人拍案叫絕,只要我們在導(dǎo)數(shù)的新定義下去理解、證明、詮釋就可以了。一旦給出筆者實(shí)際完成的證明(以求法來體現(xiàn)的)與詮釋,王文素法是最直接了當(dāng)?shù)?,最簡單自然的,最不容易與傳統(tǒng)微積分極限法混淆的。想筆者在與人的討論中,比如科學(xué)網(wǎng)文清慧博客中的“薛問天”先生,總搞不清筆者的意思,說你的所謂不需要極限的求導(dǎo),不是還要取極限嗎(其實(shí)不需要的只是非平凡極限,一般意義的極限當(dāng)然可以有,很多人搞不清二者的區(qū)別)?說我是誤導(dǎo)云云。但王文素的方法簡單的多,且更好理解。還與整個(gè)微分理論合拍,甚至就是微分定義的自然推論。至此,無論筆者的新定義的導(dǎo)數(shù)還是王文素的“乙方”,實(shí)際都是名正言順的“微商”,也就是是一個(gè)地道的、真正的有分母的“比式”。極限法微積分的那種不得不把dy/dx革出教門或直接看成一個(gè)不可分割的整體的謬論,可以休矣。讓我們堂堂正正的而不是偷偷摸摸地回到牛頓、萊布尼茲的做法中去(當(dāng)然詮釋不同),而徹底拋棄極限法(正確說是非平凡極限法或非合理極限法)的種種誤人子弟、矛盾百出、強(qiáng)詞奪理意味甚濃的、馬克思所說的“昏話”吧!
考慮筆者對(duì)導(dǎo)數(shù)或瞬時(shí)速度的新定義和王文素的具體做法,歷史上的貝克萊悖論可以有一個(gè)雙重消除的問題。第一,在筆者“新定義”下,求導(dǎo)根本就不必拘泥于增量比值函數(shù)(分母上是自變量且其趨于0的的非平凡比值函數(shù)),直接針對(duì)增量函數(shù)就可以求出或得到導(dǎo)數(shù)(當(dāng)然,針對(duì)增量比值函數(shù)也是可以的。見筆者前期文章)。于是,沒有了分母,具體說就是沒有了是自變量的分母,當(dāng)然也就不會(huì)再有分母為0不為0的問題,貝克萊悖論自消。第二,按王文素的做法,它同樣也沒有針對(duì)增量比值函數(shù),只是針對(duì)的增量函數(shù)得到的導(dǎo)數(shù)(乙方),但同時(shí),值得注意的是(前文其實(shí)已經(jīng)討論過了),王文素針對(duì)的不是作為線性方程形式的
△y = (2x + △x)?△x = k(x, △x)? △x,而是曲線增量形式的
△y = 2x?△x + △x2,二者當(dāng)然本質(zhì)是一致的,只是一個(gè)括號(hào)里的各項(xiàng)乘不乘出來的問題。不乘出來,就是作為線性(直線)方程的系數(shù)k,而乘出來,就可以看成曲線方程的增量的一次項(xiàng)的線性部分與高次項(xiàng)的非線性部分的疊加,具體說就是 2x?△x + △x2,左邊的一項(xiàng)是一次項(xiàng),為線性部分無疑。右邊是二次項(xiàng)的非線性部分(見圖2)。注意,這里王文素并沒有強(qiáng)行令△x進(jìn)而△x2等于0或是趨于0,而是“只取”該疊加式2x?△x + △x2的一次的線性項(xiàng)2x?△x中的系數(shù)也就是斜率的2x,如此而已!盡管從幾何意義上講,我們需要一個(gè)深層次的證明,證明這個(gè)2x就是切線的斜率,而不是另一個(gè)割線的斜率。但這當(dāng)然只是就其幾何圖像的意義而言的。人家王文素并沒有考慮幾何上的東西,而只是考慮實(shí)際上同構(gòu)的高次方程的代數(shù)問題,人家考慮的就是△x(在附錄中公式3中就是“k”)可以是任何數(shù)值時(shí)的問題,換言之,可以無限小下去都成立的問題,對(duì)應(yīng)于幾何上,就是切線及其斜率的問題。只不過王文素沒有明說、點(diǎn)透罷了。實(shí)際上,對(duì)王文素而言,這里的一次項(xiàng)(線性部分)始終(指無論△x 或附錄公式3中的“k”有多大或多?。┦且淮蔚摹⒕€性的,而不是這個(gè)線性(一次)部分內(nèi)部又有一個(gè)非線性(高次)部分。幾何上,就是這個(gè)直線的一部分還是一個(gè)割線。既然排除了這種情況,幾何上,當(dāng)然就只能是一個(gè)切線了。
事實(shí)上,就算對(duì)△y = (2x + △x)?△x = k(x, △x)? △x這個(gè)線性形態(tài)的式子,我們其實(shí)當(dāng)然仍舊可以把2x + △x = k中的2x看成線性項(xiàng),而其中的自變量△x看成非線性項(xiàng),因?yàn)檫€要考慮括號(hào)外乘上的那個(gè)因子△x。如此,就是針對(duì)此式(其實(shí)與△y = 2x?△x + △x2當(dāng)然是完全等價(jià)的),也完全可以取王文素的做法,徑直只取其中的作為線性方程的切線方程的系數(shù)2x,而根本就不用去管無論括號(hào)外語括號(hào)內(nèi)的△x等不等于0或是等于什么:等于0,就是圖1的情況;不等于0,就是圖2(也就是王文素做法)的情況。在這個(gè)觀點(diǎn)或認(rèn)識(shí)下,我們就可以十分清晰地看出,西方(有別于王文素)傳統(tǒng)微積分 (無論是牛頓、萊布尼茲還是柯西、外爾斯特拉斯等)在詮釋上可以說是“雙重之誤”(對(duì)比前面的所謂貝克萊悖論的“雙重消除”)。第一,沒有直接采用完全可行的增量函數(shù)△y,而是非要不必要地采用分母為自變量的非平凡增量比值函數(shù)△y/△x;第二,沒有如王文素或圖2那樣直接取線性部分的斜率(系數(shù)),而是非要令自變量 △x等于0(牛頓、萊布尼茲等)或趨于0(柯西、外爾斯特拉斯等)。第三,實(shí)際求導(dǎo)過程中很隨意地使用了約分消分母上的自變量這一步,但又沒有充分理解其意義。正是這三點(diǎn)一疊加,必然要產(chǎn)生貝克萊悖論。當(dāng)然,他們之所以非要如此做,是與其對(duì)導(dǎo)數(shù)、瞬時(shí)速度等概念的理解或詮釋(也就是定義)直接相關(guān)的。在他們及其后普遍的認(rèn)識(shí)有誤的導(dǎo)數(shù)(瞬時(shí)速度)定義或概念下,才會(huì)有這樣的問題,也就是貝克萊問題。
前面已經(jīng)說了,王文素對(duì)導(dǎo)數(shù)(乙方)的幾何(包括物理)意義沒有涉及,當(dāng)然就不會(huì)對(duì)導(dǎo)數(shù)就是曲線的切線斜率給出證明。但這并不能抹殺王文素給出了導(dǎo)數(shù)(乙方)這一事實(shí)。首先,導(dǎo)數(shù)的圖像,并不限于幾何圖像,其物理、代數(shù)圖像同樣甚至更加重要。就是牛頓,其實(shí)也只關(guān)心導(dǎo)數(shù)的物理圖像也就是瞬時(shí)速度問題,對(duì)其幾何概念究竟知道或關(guān)心、涉及了多少,我手頭并沒有相關(guān)資料。很可能他也像王文素一樣,對(duì)此沒有涉及(后來看到萊布尼茲的幾何意義的導(dǎo)數(shù)才有所認(rèn)識(shí)則是另一回事)。而萊布尼茲,是直接基于導(dǎo)數(shù)的幾何意義來展開其微積分工作的,他本人一開始對(duì)導(dǎo)數(shù)的物理意義究竟有沒有認(rèn)識(shí)或認(rèn)識(shí)的程度,同樣我不清楚。很可能,他們二人各自也只是抱住了導(dǎo)數(shù)這個(gè)大象的不同的腿。如此,我們怎么獨(dú)獨(dú)苛責(zé)于王文素呢?更何況王文素雖然沒有明確地指出來,但他的增量(附錄公式3中的“k”)顯然是可以等于任意值的,這當(dāng)然包括可以無限地小下去,而這無形中就是一個(gè)陳述或證明了,起碼是一個(gè)“潛在的”、“不言自明的”、“無需證明的”證明。因?yàn)橥跷乃氐摹皾撆_(tái)詞”實(shí)際是增量可以是任意值。這與圖2中的切線等效。而圖2的幾何圖像之所以應(yīng)該有個(gè)嚴(yán)格的證明,不過是在圖2中,我們用靜態(tài)的圖形去表達(dá)自變量△x的可以是任何值,也就是可以△x → 0或等于0這一點(diǎn)。由此,才需要單獨(dú)地給出△x → 0,也就是實(shí)際算證明了△x → 0結(jié)論也成立。如果對(duì)圖2給以限制條件“自變量△x可以等于任意值”(一如王文素的“潛臺(tái)詞”。而不僅僅說“有一個(gè)△x ”,而說“對(duì)任意的△x”),那就實(shí)際等于存在了△x → 0,于是其實(shí)也就無需單獨(dú)在證明△x → 0圖2情況也成立這回事了。只需指出或“證明“對(duì)任意的△x”與“△x → 0”等價(jià)”就可以了。總之,只有在幾何意義上,才有切線這種“派生”出的概念需要給以一定的證明,而作為代數(shù)意義而言,非特定自變量的“一次項(xiàng)”就足矣了。因此,王文素未涉及幾何以及其中的斜率、切線、割線、曲線等概念,并不等于他有什么錯(cuò),充其量也不過是王文素沒有對(duì)導(dǎo)數(shù)“窺其全豹”而已。但前面已經(jīng)說了,牛頓、萊布尼茲、柯西等也一樣,甚至更甚。因?yàn)樗麄兊脑忈尭纱嗑褪清e(cuò)的。
簡而言之,要而言之,傳統(tǒng)微積分(包括牛、萊、柯、外等等)認(rèn)為只能對(duì)分母上是自變量的增量比值函數(shù)同時(shí)令自變量趨于0來求導(dǎo)。筆者(也許還包括美國的Range)根據(jù)導(dǎo)數(shù)的新定義指出不必,可以直接針對(duì)沒有什么分母(自然也就沒有分母上的自變量了)的增量函數(shù)來求導(dǎo)。其中割、切線的自變量的增量可以不為0,但曲線的增量△x → 0或等于0。對(duì)幾何意義的圖1,這點(diǎn)是必須的一個(gè)證明或求導(dǎo)步驟(二者如何看都可以。“證明”只要一次即可,而“求導(dǎo)步驟”每次來一遍,啰嗦,重復(fù),但亦無不可)。而500年前的王文素,針對(duì)高次方程冪函數(shù),既不要求有分母,也不要求自變量趨于0或等于0,而是直接可以“取”函數(shù)增量的“線性部分的系數(shù)”(也就是一次項(xiàng)的系數(shù))即可。如圖2所示。他實(shí)際上等于宣示,一個(gè)“量”不是只有等于0才可以不要或無視。實(shí)際上不等于0我們也可以不要它、不去“取”它或不考慮它。它在那里,既沒有為0,也沒有消失,也不是所謂無足輕重地小,而僅僅是我們現(xiàn)在考慮、討論的并不是它,或還沒有輪到它。如此而已。王文素做法的這個(gè)實(shí)質(zhì),是他的缺點(diǎn)(對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像的全貌的缺失,即沒有考慮幾何圖像),也是他的優(yōu)點(diǎn)(代數(shù)基礎(chǔ)的高次方程中不需要考慮切線及其唯一性等問題),對(duì)導(dǎo)數(shù)(乙方)而言,代數(shù)方程下只考慮一次項(xiàng)就夠了。
總之,不一定非要是0才可以不考慮,不是0也可以不考慮。王文素?zé)o意中告訴了我們這個(gè)。為0當(dāng)然可以不去考慮了,但這并不意味著不是0就一定要考慮。具體到微積分求導(dǎo),不是非要△x → 0或等于0才可以不考慮它,而是△x不等于或不趨于0也可以不考慮它。因?yàn)槲覀兇藭r(shí)討論的問題不需要它。就這么簡單。
在強(qiáng)調(diào)一遍:王文素法當(dāng)然對(duì)導(dǎo)數(shù)的全貌而言,不太全貌,它沒有涉及幾何概念、物理的瞬時(shí)速度概念等具體方面。但是,它在概念上完全無錯(cuò),完全正確。它作為一種數(shù)學(xué)的抽象概念,完全可以涵蓋上面兩種具體概念。而其140年后的西方傳統(tǒng)微積分(包括牛、萊所謂的“第一代”,更包括柯西等的“第二代”)涉及的概念更多,應(yīng)用更多,但在基本概念上、定義層次上,反而出現(xiàn)問題(貝克萊悖論),實(shí)質(zhì)上是錯(cuò)的、有矛盾(貝克萊悖論)的。況且說其涉及的領(lǐng)域全面,也是很多人共同完成的,單就個(gè)人而言,比如牛頓,比如萊布尼茲,也不見得比王文素全面多少(待考)。那么既然如此,憑什么微積分發(fā)明人的桂冠可以扣牛、萊二人的外國腦袋上,就不能給早他們140年的王文素戴上呢?
還有一個(gè)問題,就是積分問題。有人也許會(huì)說,王文素沒有涉及積分問題,所以不是一個(gè)完整的的微積分。但是,作為定積分而言,原函數(shù)的增量△y = f(x + △x) - f(x),其實(shí)就等于這個(gè)增量的線性部分與非線性部分的疊加。比如對(duì)二次函數(shù)而言,其原函數(shù)的增量△y = f(x + △x) - f(x)= (x + △x)2 - x2,其實(shí)不就等于把這個(gè)式子展開后的2x?△x + △x2 嗎?所以是一回事。而后者就是原函數(shù)的增量的線性部分2x?△x與其非線性部分△x2 的疊加。而自變量△x,就是普通的宏觀量,無須什么無窮小或趨于0之類的概念,這與筆者的微分定義或?qū)嶋H上教科書中的微分定義是完全一致的。只不過教科書中的極限法微積分中,定義是一回事(不敢定義成什么無窮小或趨0極限了。無窮小,為極限法所拋棄或反對(duì);趨0極限,此時(shí)只能等于0!對(duì)0積分成什么?哪怕是無窮多個(gè)0相加,不也還是0?),實(shí)際所做的,最終還是要令這個(gè)先不為0的自變量去趨于0(對(duì)應(yīng)于小區(qū)間數(shù)的趨于無窮多)。極限法微積分它還不敢說趨于無窮小ε。為什么?極限法微積分是干什么的?不就是去排除牛頓特別是萊布尼茲等的第一代微積分中會(huì)產(chǎn)生貝克萊悖論的無窮小的嗎?這里居然又出現(xiàn)了無窮小,還像話嗎?一邊吃著人家的包子一邊說不好吃?因此,王文素之所以沒有提積分問題(也許),但這不是他不會(huì),而是根本就無必要。積分在筆者導(dǎo)數(shù)新定義下,也就是王文素的思路、做法下,很簡單:在筆者導(dǎo)數(shù)的第一定義下(見前期文章,此不贅述),積分,就是宏觀意義的微分加上其非線性部分;而微分,就是宏觀意義的增量減去其非線性部分(只剩其線性部分)。而在筆者的導(dǎo)數(shù)第二定義下(見前期文章),積分,就是大些的微分;而微分,就是小些的積分。二者根本就沒有什么本質(zhì)區(qū)別。既然積分是大些的微分,那么,一些微分的疊加自然就是其積分。這就恢復(fù)了積分的可加性,直觀而通俗。完全沒有什么趨0的小區(qū)間,趨于無窮多的小區(qū)間數(shù)之類的繁瑣而錯(cuò)誤的概念再來迷惑廣大學(xué)子了!王文素也許沒有詳細(xì)涉及這個(gè)問題,但如果沿著他的思路,只能是這個(gè)結(jié)果。它是如此地簡單明確,實(shí)際根本就不值得單獨(dú)表述。因?yàn)檎蜻\(yùn)算既然提出來了,反向運(yùn)算不是順理成章的事嗎?還用多啰嗦嗎?就像我們既然知道某量a是b與c之和了,自然也就有a了。而知道了a,又知道了有函數(shù)關(guān)系c + b = a,我們自然也就知道或恢復(fù)了a。這里面沒有任何稀奇的。
而與此有關(guān)的“新微積分基本定理”,實(shí)際可以變得十分簡單:既然導(dǎo)數(shù)2x為由原函數(shù)的增量△y = f(x + △x) - f(x)= (x + △x)2 - x2 = 2x?△x + △x2 舍棄△x2 得之,那么如果已知導(dǎo)函數(shù)2x,其線性部分就是2x?△x,只要加上原本舍棄的非線性部分△x2 ,就可以得到其原函數(shù)的增量f(x + △x) - f(x)= (x + △x)2 - x2 = 2x?△x + △x2 了。這不就是微積分基本定理所描述的事實(shí)嗎?而這個(gè)詮釋,比傳統(tǒng)微積分基本定理的詮釋要簡單、直觀的多。它完全沒有了傳統(tǒng)微積分在積分時(shí)的內(nèi)在矛盾之處(指小區(qū)間趨于0到底是不是0的問題)。
同時(shí),傳統(tǒng)微積分是先求導(dǎo),再定義微分(線性主部),而王文素的做法如果用幾何范疇來表述的話,等于是先有了線性主部(微分),再定義其所屬直線(切線)的斜率為導(dǎo)數(shù)。因此更為直接、協(xié)調(diào)、自然。事實(shí)上,很多教科書中,最終還是定義了微分dy = f’(x)?dx后,再把dx除到等式左邊,得到dy/dx = f’(x)的。這里的dy/dx,按極限法的詮釋,并不是真正意義的導(dǎo)數(shù),只是其“數(shù)值”等于導(dǎo)數(shù)。因?yàn)閷?dǎo)數(shù)在極限法下并不是一個(gè)比式,而這里的dy/dx的得到途徑(是等式右邊除過來的),它不得不是一個(gè)比式。而等式右邊的f’(x)當(dāng)然是一個(gè)導(dǎo)數(shù)。于是我們看到,這里的宏觀意義的比式dy/dx 只是數(shù)值上與導(dǎo)數(shù)等值而已。這是一個(gè)十分別扭的詮釋或結(jié)論。因?yàn)槭聦?shí)上,傳統(tǒng)微積分在這里其實(shí)是得到了真正意義的導(dǎo)數(shù)的,在筆者的詮釋與王文素的做法下,其實(shí)這個(gè)步驟或次序,才應(yīng)該是真正意義的導(dǎo)數(shù)的本原。導(dǎo)數(shù)就是一個(gè)宏觀意義的比式,這才更直接、協(xié)調(diào)、自然。
而不是如傳統(tǒng)微積分那樣,扭扭捏捏地對(duì)明明是一個(gè)比式的導(dǎo)數(shù),卻不或不能承認(rèn)它是比式。
最后,很本質(zhì)的是,傳統(tǒng)微積分無論是在(2x + △x)?△x/△x還是在2x + △x下,都是認(rèn)為令△x → 0時(shí)“求出”了導(dǎo)數(shù)。但是實(shí)際上,正如筆者分析的,傳統(tǒng)微積分無論△x = 0還是△x → 0,都沒有無矛盾地解釋清貝克萊悖論之所以產(chǎn)生的原因。而且即使是筆者,為了詮釋傳統(tǒng)微積分究竟為何如馬克思所說的“從明顯錯(cuò)誤的前提出發(fā)得到完全正確的導(dǎo)數(shù)值”的,有意無意地也采取了這種思路(半是為了詮釋傳統(tǒng)微積分求導(dǎo)的真實(shí)含義,半是囿于傳統(tǒng)微積分求導(dǎo)的窠臼),只不過在筆者這里,針對(duì)的可以是無分母上為自變量的增量函數(shù),因此△x → 0與△x = 0是一致的。而按王文素得到導(dǎo)數(shù)(乙方)的做法的思路,他實(shí)際上直接針對(duì)的是△y = f(x + △x) - f(x)= (x + △x)2 - x2 = 2x?△x + △x2 ,只需分析、理解已經(jīng)出現(xiàn)在(不是什么“求出”的?。┕街械?x?△x項(xiàng)以及其中的2x代表什么意思就可以了,根本就不必考慮什么△x → 0與△x = 0的問題和過程。實(shí)質(zhì)上,就是指出公式中2x?△x進(jìn)而2x代表什么意思就可以了。既然2x已經(jīng)出現(xiàn)在了公式中了,還“求”什么?我們只需理解、解釋其含義就足矣了。這可以說是迄今為止最為簡略的“得到”(我這里故意不說“求出”。其意不言自明)導(dǎo)數(shù)(王文素的“乙方”)的方法。當(dāng)然也可以這么說:所謂的“求導(dǎo)”或“求導(dǎo)過程”,實(shí)際就是解釋早已出現(xiàn)在增量函數(shù)△y中的2x(對(duì)二次函數(shù)這類例子。其它類推)就可以了。這個(gè)2x與其說是“求出”的,還不如說是“羅列”出的。需要的只是一個(gè)解釋,也就是它代表的究竟是個(gè)什么意思(答案其實(shí)就是線性部分的系數(shù)或斜率。也就是在筆者提出的新導(dǎo)數(shù)定義下,理解其意是很容易的。)。完全沒有必要再令公式中的△x → 0或△x = 0,盡管在正確的詮釋下,如此“操作”當(dāng)然也是可以的,只不過對(duì)有些(甚至不少)人而言,它容易與傳統(tǒng)微積分求導(dǎo)相混淆罷了。
不禁感慨,500年前的王文素真真是令人無比贊嘆地拍案叫絕!他的實(shí)際運(yùn)用的這些觀念,其140年后的牛頓、萊布尼茲,200多年后的柯西、外爾斯特拉斯等,以至500多年后的還健在的袞袞諸公,何能望其項(xiàng)背乎?

補(bǔ)遺二
對(duì)極限本身及微積分求導(dǎo)過程中的極限常見的理解上的誤區(qū)
筆者在與其他人討論的過程中發(fā)現(xiàn),對(duì)極限及微積分求導(dǎo)需要的極限的理解上,廣泛存在著很大的誤區(qū)。其中包括一些所謂的“專業(yè)人士”。比如
1、極限不是一個(gè)值,而是一個(gè)過程,實(shí)際到不了極限點(diǎn)。
辯誤:極限就是一個(gè)值,就是極限點(diǎn)的值。求極限就是求的這個(gè)值,而不是過程。無論這個(gè)過程可不可以到這個(gè)極限點(diǎn)。
2、極限只是一個(gè)近似值,所有現(xiàn)有極限法微積分的導(dǎo)數(shù)定義公式,都應(yīng)該把等式“=”改為約等號(hào)“≈”。
辯誤:既然如此,為什么還如此費(fèi)勁地舍棄所謂“高階無窮小”去求這個(gè)不精確的、“約等于”的值?保留這個(gè)無窮小以得到精確值不是更好?公式稍微復(fù)雜些,但數(shù)學(xué)中復(fù)雜的公式還少嗎?
3、誤把極限法微積中的極限(實(shí)質(zhì)是“非平凡極限”),當(dāng)成了一般意義的極限。似乎反對(duì)“極限法微積分”,就是反對(duì)一切極限概念似的。
辯誤:“極限法微積分”的極限,實(shí)際是筆者提出的“非平凡極限”(還是比較委婉的說法)、“非正常極限”或干脆稱之為“反常極限”、“錯(cuò)誤的極限”(這才是實(shí)質(zhì)說法)。具體說,就是第一,是一個(gè)比式。第二,這個(gè)比式的分母為自變量。第三,這個(gè)比式的處于分母上的自變量要趨于0。這能說是一般意義的極限嗎?通常普遍認(rèn)為,這種極限之所以需要,是因?yàn)榕nD等的第一代微積分會(huì)在0點(diǎn)產(chǎn)生增量比值函數(shù)的函數(shù)值為無意義的0/0的問題,也就是貝克萊悖論問題。這是公認(rèn)的,否則如果沒有問題,還需要柯西的極限法的所謂第二代微積分嗎?既然函數(shù)值在0點(diǎn)為無意義的0/0,那么,按非平凡極限法求導(dǎo)的做法,就認(rèn)為函數(shù)的定義域不包括0點(diǎn),把0點(diǎn)“革出函數(shù)的教門”,宣布其為非法。如此,既然定義域不包括0點(diǎn)了,也就是分母不為0了,于是就可以堂而皇之地通過約分或除法先消去這個(gè)處于分母位置的自變量(通常以符號(hào)△x 表示之),然后再令這個(gè)已經(jīng)沒有了分母的函數(shù)(其實(shí)已經(jīng)是另一個(gè)完全不同的函數(shù)了)去趨于0(實(shí)際完全可以等于0。這也間接說明有無分母上的自變量的兩個(gè)函數(shù)是不一樣的。一個(gè)可以在0點(diǎn)有定義,一個(gè)沒有定義),并聲稱如此得到的0點(diǎn)的這個(gè)已經(jīng)沒有分母上的自變量△x的增量函數(shù)的極限值(其在0點(diǎn)無定義,就是不可達(dá)極限;其在0點(diǎn)有定義,就是可達(dá)極限。反正極限值都一樣),就是原先分母為自變量的增量比值函數(shù)在0點(diǎn)的不可達(dá)極限值。此論幾乎就是整個(gè)數(shù)學(xué)界的通論(見柯朗?數(shù)學(xué)是什么?)。但是,令函數(shù)在0點(diǎn)無定義(定義域不包括0點(diǎn)),并不意味著自然地就在0點(diǎn)可以有不可達(dá)極限值!二者不等價(jià)。在0點(diǎn)沒有函數(shù)值,同樣也可以在0點(diǎn)沒有極限值!所謂求在沒有函數(shù)值的0點(diǎn)的極限值的前提,是在該點(diǎn)可以、允許或本來就存在有這個(gè)極限。難道不是嗎?該點(diǎn)如果原本也沒有這個(gè)極限,求出的必然就不是它的極限。極限法微積分求導(dǎo)之誤,就誤在簡單地認(rèn)為在0點(diǎn)只是唯一地不存在有意義的增量比值函數(shù)△y/△x的函數(shù)值,而在該點(diǎn)增量比值函數(shù)的極限值是存在的。這是整個(gè)極限法微積分求導(dǎo)的一個(gè)隱含的、但卻是實(shí)實(shí)在在的假設(shè)、前提。既然在0點(diǎn)存在非0/0型的極限不過是一個(gè)假設(shè)、前提,經(jīng)常被業(yè)內(nèi)人士號(hào)稱為最為嚴(yán)格的數(shù)學(xué)是不是應(yīng)該給出一個(gè)證明?但是,這個(gè)證明給的出來嗎?本來是在0點(diǎn)有非0/0型的極限(或極限不為0/0),才可以通過約分或除法消去增量比值函數(shù)分母上的自變量△x再去求趨0極限的,但現(xiàn)在卻是先通過約分或除法消去了增量比值函數(shù)△y/△x分母上的那個(gè)自變量△x,就認(rèn)為是或證明了如此求得的趨0極限,就是原先沒有消去分母的增量比值函數(shù)在0點(diǎn)的趨0極限值,這是不是因果倒置的邏輯問題?誰敢說不是,請指出我這里推理的邏輯問題再說。
這里可以舉一個(gè)形象化的比喻:水在100度要沸騰(對(duì)應(yīng)于我們討論的微積分導(dǎo)數(shù)問題的增量比值函數(shù)在0點(diǎn)的函數(shù)值為0/0)。無論“函數(shù)值”(現(xiàn)實(shí)中)還是作為“極限值”,它都是沸騰的。但如果有人說,水在不到100度前,沒有沸騰,所以不考慮100度這一“點(diǎn)”,即“定義域”不包括該點(diǎn)。于是,在其它所有溫度點(diǎn),水都不會(huì)沸騰。于是,有人說水在100度的極限,就是不沸騰(對(duì)應(yīng)于我們討論的微積分問題的0/0)。這種說辭,成立嗎?這不是與微積分求導(dǎo)問題我前面說的“曲線救導(dǎo)”一樣的“曲線救沸”???這是邏輯上典型的“偷換概念”錯(cuò)誤。微積分求導(dǎo)問題的極限法其實(shí)也一樣。至于具體分析其中的邏輯錯(cuò)誤,經(jīng)過筆者的分析、點(diǎn)出后,不過就是一道初級(jí)的邏輯習(xí)題而已。讀者請自行分析辨識(shí)??傊?,極限法微積分求導(dǎo)的邏輯問題,起碼涉及兩個(gè)邏輯錯(cuò)誤,一個(gè)是“偷換概念”,一個(gè)是“以因?yàn)楣?。還隱蔽地有一個(gè)“循環(huán)論證”。甚至這里需要一個(gè)論證,都沒有被意識(shí)到。而一旦意識(shí)到,則必然涉及循環(huán)論證。
4、傳統(tǒng)微積分求導(dǎo)過程(無論牛頓、萊布尼茲的“第一代”還是柯西、外爾斯特拉斯的“第二代”)中,都必須先通過約分消去分母上的自變量△x才可以進(jìn)行下去。但對(duì)約分的實(shí)質(zhì)意義究竟是什么,居然這么多年沒有人注意到。試問,在任何一個(gè)公式中,除了數(shù)字“1”,什么可以刪去不要?沒有任何數(shù)字可以不要。于是,所謂消去分母上的自變量△x,只有使其等于“1”,也就是比式中的△x/△x = 1/1 = 1才行。于是顯然,經(jīng)過所謂的“約分”,先要有比式中有了“1/1”后才可以再消去它。但是,傳統(tǒng)微積分可是對(duì)分母是自變量△x的一個(gè)“非平凡比式”求其自變量△x → 0時(shí)的極限的,這是其定義。而約分后的得到的1/1,等于在△x → 0之前就令△x/△x = 1/1 了,此時(shí)分母上的那個(gè)自變量△x等于了什么?當(dāng)然是“1”。趨于了什么?當(dāng)然也是“1”。如此,還有什么△y/△x的△x → 0這回事嗎?運(yùn)算次序的孰先孰后,不用說專搞數(shù)學(xué)的專家應(yīng)該能清楚,就是一般的大、中學(xué)生,也應(yīng)該能明白吧。既然在實(shí)際操作過程中增量比式中的△x/△x = 1/1了,而該比式中剩下的其它△x → 0了,那么,這些△x 還是同一個(gè)變量嗎?當(dāng)然不是了。這是無論牛頓、萊布尼茲還是柯西、外爾斯特拉斯只要在運(yùn)算中實(shí)施了約分的實(shí)際結(jié)果。而比式中的曲線的自變量△x不是同一個(gè)變量了,這使得整個(gè)公式的次數(shù)改變了,實(shí)際高次方程(曲線)變成了一次方程(直線。見筆者有關(guān)論述),比如,△x2/△x是個(gè)二次曲線的比值方程,而△x?△g/△g就是一個(gè)切線方程。這就是導(dǎo)數(shù)的基礎(chǔ)了,而貝克萊悖論不再存在,因?yàn)樵凇鱴 → 0時(shí),處于分母上的△g ≠ 0。
筆者一再地說了這么多,無非是強(qiáng)調(diào)500年前的王文素根本不涉及極限、無窮小等概念而得到導(dǎo)數(shù)值,才是微積分導(dǎo)數(shù)的“正朔”,理應(yīng)得到充分的肯定。而其500年后筆者的系列工作,是撥亂反正,返璞歸真,與王文素法是相得益彰的。
有人以王文素得到導(dǎo)數(shù)(乙方)時(shí)沒有涉及極限與無窮小概念而認(rèn)為王文素沒有得到真正的微積分真諦,只是無意中“撞上了”微積分的結(jié)論,或只是來到了微積分的大門口而未入其中。似乎是“瞎貓碰到個(gè)死耗子”似的。此議大謬不然。實(shí)際上,由筆者前面的分析可以知道了,王文素沒有提到極限或無窮小不但不是他的缺點(diǎn),反而是他遠(yuǎn)勝西方傳統(tǒng)微積分大優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槭聦?shí)上他才是對(duì)的。他的做法,完全符合筆者提出的“新導(dǎo)數(shù)定義”和“增量分析”。微積分本來就不應(yīng)該涉及無窮小或極限,而只涉及增量。王文素遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在西方微積分先驅(qū)們的前面了!因此,我們必須給王文素一個(gè)交代,盡管是遲到500年的一個(gè)交代也罷!
附錄:王文素真的在《算學(xué)寶鑒》中提出了導(dǎo)數(shù)的概念并將其用于求解高次方程嗎?
網(wǎng)友scarse,2021年6月21日,人文歷史



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發(fā)布于 2022-05-08 17:55