級(jí)數(shù)與微積分|微積分級(jí)數(shù)
發(fā)布時(shí)間:2020-02-16 來(lái)源: 美文摘抄 點(diǎn)擊:
摘要:微積分的發(fā)展與無(wú)窮級(jí)數(shù)的研究密不可分,它們?cè)诜椒ê屠碚撋鲜枪餐l(fā)展和成熟起來(lái)的,且在其發(fā)展過(guò)程中吸引了許多數(shù)學(xué)家對(duì)它們的研究并帶來(lái)了豐碩的成果。 關(guān)鍵詞:級(jí)數(shù);微積分;等價(jià)物;研究;發(fā)展
中圖分類號(hào):O172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
級(jí)數(shù)理論是數(shù)學(xué)分析的一個(gè)分支,它與微積分一起構(gòu)成數(shù)學(xué)分析的兩部分基本內(nèi)容,兩者都是以極限為基本工具,分別從連續(xù)和離散兩個(gè)方面來(lái)研究函數(shù),這在認(rèn)識(shí)自然或方法論角度都具有基本的重要意義。
從純數(shù)量上,一個(gè)無(wú)窮級(jí)數(shù)等同于一個(gè)無(wú)窮限的廣義積分。
微積分的發(fā)展與無(wú)窮級(jí)數(shù)的研究密不可分。特別是在牛頓、萊布尼茲創(chuàng)建微積分初期,很大程度上是依賴于對(duì)級(jí)數(shù)的隨意的、自由的使用,牛頓在他的流數(shù)論中自由運(yùn)用無(wú)窮級(jí)數(shù),他憑借二項(xiàng)式定理得到了sinx,cosx,tanx,arcsinx,arctanx和ex等許多函數(shù)的級(jí)數(shù)。泰勒級(jí)數(shù)則提供了將函數(shù)展成無(wú)窮級(jí)數(shù)的一般方法。在18世紀(jì),各種初等函數(shù)的級(jí)數(shù)展開陸續(xù)得到,并在解析運(yùn)算中被普遍用來(lái)代表函數(shù)而成為微積分的有力工具,級(jí)數(shù)和微積分在方法和理論上是共同發(fā)展和成熟起來(lái)的。
級(jí)數(shù)被視為無(wú)窮多項(xiàng)式,這新概念中的困難,很長(zhǎng)時(shí)期沒(méi)有被認(rèn)識(shí),歐拉•拉格朗日曾相信每個(gè)函數(shù)都顯然的可以表示為級(jí)數(shù),并從此出發(fā)建立微積分理論,盡管這沒(méi)能成功,而作為一種數(shù)學(xué)方法的成長(zhǎng),或作為從離散角度認(rèn)識(shí)自然的方法,卻是很重要的,積分與級(jí)數(shù)成為自然界連續(xù)和離散辨證關(guān)系的典型表現(xiàn)。
微積分創(chuàng)立的初期就為級(jí)數(shù)理論的開展提供了基本的素材。它通過(guò)自己的基本運(yùn)算與級(jí)數(shù)運(yùn)算的純形式的結(jié)合,達(dá)到了一批初等函數(shù)的冪級(jí)數(shù)展開。從此以后級(jí)數(shù)便作為函數(shù)的分析等價(jià)物,用以計(jì)算函數(shù)的值。用以代表函數(shù)參加運(yùn)算,并以所得結(jié)果闡釋函數(shù)的性質(zhì)。在運(yùn)算過(guò)程中,級(jí)數(shù)被視為多項(xiàng)式的直接的代數(shù)推廣,并且也就當(dāng)作通常的多項(xiàng)式來(lái)對(duì)待。這些基本觀點(diǎn)的積極運(yùn)用一直持續(xù)到十九世紀(jì)初年,導(dǎo)致了豐碩的成果,這主要?dú)w功于歐拉,詹姆士,伯努利,拉格朗日,傅立葉。
同時(shí),悖論性等式的不時(shí)出現(xiàn)促使人們逐漸地自覺(jué)到級(jí)數(shù)的無(wú)限多項(xiàng)之和有別于有限項(xiàng)之和這一基本矛盾,注意到函數(shù)的級(jí)數(shù)展開的有效性表現(xiàn)為級(jí)數(shù)的部分和無(wú)限趨近于函數(shù)值這一收斂現(xiàn)象,提出了收斂定義的確切陳述,從而開始了數(shù)學(xué)分析的嚴(yán)密化運(yùn)動(dòng)。
傅立葉在1811年的論文中,以及在他的《熱的解析理論》中,首先給出了無(wú)窮級(jí)數(shù)收斂的定義。
1812年高斯在他的論文《無(wú)窮級(jí)數(shù)的一般研究》中給出了超幾何級(jí)數(shù)F(α,β,γ,x)的收斂判別準(zhǔn)則。
以后柯西在他的“分析教程”中給出了著名的柯西收斂準(zhǔn)則,并給出了比值判別法和根式判別法。
1826年阿貝爾研究了冪級(jí)數(shù)的收斂問(wèn)題,給出了著名的阿貝爾定理。
微積分基本運(yùn)算與級(jí)數(shù)運(yùn)算結(jié)合的需要,引導(dǎo)人們加強(qiáng)或縮小收斂性而提出一致收斂的概念,然而函數(shù)的級(jí)數(shù)展開,作為一整個(gè)函數(shù)的分析等價(jià)物,在收斂范圍以外的不斷的成功的使用,則又迫使人們推廣或擴(kuò)大收斂概念而提出漸近性與可和性。
十九世紀(jì)初期,法國(guó)科學(xué)家傅立葉在研究熱的傳導(dǎo)中,曾經(jīng)引入一類“周期性變化的”函數(shù)f(x)表示為無(wú)窮多個(gè)三角函數(shù)sinnx或cosnx(n=1,2,3…)的和。于是找出函數(shù)具有收斂的傅立葉級(jí)數(shù)的確切條件便成為數(shù)學(xué)家的首要任務(wù)。
迪里克雷于1822-1825年之間研究了傅立葉級(jí)數(shù),并在一篇基本的論文“關(guān)于三角級(jí)數(shù)的收斂性”中給出了一個(gè)確定f(x)的傅立葉級(jí)數(shù)是收斂的并且收斂到f(x)的第一組充分條件,即迪里克雷條件。
1854年黎曼在哥廷根為取得大學(xué)教授資格寫了一篇試用短文,題目是《用三角級(jí)數(shù)來(lái)表示函數(shù)》,他的目的是找出函數(shù)f(x)必須滿足的充要條件使在區(qū)間[-π,π]中的一點(diǎn)處f(x)的傅立葉級(jí)數(shù)收斂到f(x)。黎曼還證明了基本定理:如果f(x)在[-π,π]上有界且可積,則傅立葉級(jí)數(shù)系數(shù)
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