文章來源:圖靈教育
1 往事曆曆在目大二那年,剛開學沒多久我就度過了一個傷心的宿醉之夜,不是因為校門口最負盛名的烤冷面攤兒不見了,也不是因為我的愛豆突然宣布談了對象,而是因為一個假期過去,我把前一年學的微積分給忘!光!了!
翻開這學期要學的《電路分析》《電磁學》《力學》,看着滿篇的微積分式子,我不禁黯然神傷,捧起酒桶……
這是為什麼呢?一轉眼這麼多年過去了,我有時還是忍不住琢磨:為什麼微積分的保質期在我的腦子裡總是這麼短?
這個謎團終于在前些日子解開了——我竟然學了假的微積分。
2 光會算題,你知道微分的靈魂嗎?回憶一下自己學習高數的過程,我發現,我其實一直不太明白到底為什麼要學微分。
學極限的時候,老師說,當x趨近于0的時候,f(x)=ex 的極限是 1。我心想,這不就是e0=1嗎?還整啥極限啊,趨近于的,詞兒還挺多。
學導數的時候,老師說,一個函數的導數可以反映它在幾何上的變化趨勢。我心想,我不求導數,直接畫圖也能看出它的變化趨勢,為啥折騰這一遭?
學泰勒公式的時候,老師說,有了泰勒展開,我們可以求一個函數在某個點的近似值。我心想,求啥近似值啊,直接求準确值呗!
面對困惑的我,老師親切地問:“孩砸,會算題了不?”
“還行,背背公式都能算對。”
“那不就得了嗎?”
“可是老師,我還是覺得學微分就是自找麻煩。”
老師笑了,她說——哦,那你别學了。
困擾我多年的問題,最近終于有了答案——微分的靈魂在于近似和忽略。
從小到大,提起數學,我們總是下意識地想到精确和完美。我們總覺得數學是沒有商量餘地的,直線就是直線,曲線就是曲線,是就是是,不是就是不是。但事實上,如果數學隻容得下完美,那它就沒辦法成為實用的工具了。
比如,液晶顯示器的像素安排是需要數學計算的。但是,如果使用數學的人執着于完美,他就會說:“我為什麼要算這種東西呢?不管像素怎麼安排,顯示器上的畫面總歸是由小方塊拼成的,反正不是真正的平滑畫面。”
更小的方格組成與近似圓
液晶顯示器顯示的畫面實際上是鋸齒狀的。但是顯示器中鋸齒的精細度非常高,所以我們眼中看到的就是平滑的線了。
我們也可以這樣說,圓形實際上是由無數精細小方格組成的鋸齒狀圖形,即圓是鋸齒狀圖形的“極限”。像這樣,“近似”在數學中是極好的用法。
如果執着于完美再現平滑的線,那麼就不會出現液晶顯示器吧。多虧了非完美主義的近似方法,才誕生了劃時代的技術。
事實上,近似和忽略是一門很重要、很了不起的學問。
3 萬物皆可盤, 積分對象也不例外微分的靈魂是忽略與近似,那積分的靈魂呢?當然也是忽略與近似,因為微分和積分是好基友啊!
在上大學之前,我記住了很多種圖形的面積和體積公式。我理所當然地用着它們,就像使用一個一直放在廚房裡的碗,但我從來不知道這個碗是從哪來的。
也許哪位先人一拍腦袋就總結出了這些公式?我也不知道自己為什麼有必要了解更多。
然而,事實上,很多面積和體積公式在誕生過程中就運用了積分的思想。
面對圖形中那些不一樣的煙火,積分的思想就是:盤!萬物皆可盤,積分對象也不例外。不管是什麼東西,我們都要把它盤出規律,盤出标準,盤出智慧的光澤。
想算圓的面積嗎?盤它!
把圓展開成扇形
圓面積
☟
想算甜甜圈的體積嗎?盤它!
旋轉圓闆形成圓環體
被等分的甜甜圈
重新排列被8等分的甜甜圈
甜甜圈的體積
☟
能算簡單的,就能算複雜的,萬變不離其宗嘛。想算地球的體積嗎?盤它!
地球不是球嗎?
用積分符号表示旋轉橢圓體的體積
地球和邊長為 10 000 km 的立方體的體積大緻相等
我必須要感歎一下,如果上學的時候就知道這些,那我一定能成為班上最出色的盤……啊不,學生。
4 學了微積分不用來high,那将毫無意義但這些都不是最重要的。我最大的發現是,隻把微積分當工具,你會錯過很多快樂。放下那些枯燥的習題,帶着微積分的思想觀察生活,你會打開新世界的大門!
比如,你可以計算什麼樣的甜筒能裝下最多冰激淩。
你還可以目測女神的項鍊有多長。
就連早餐切個雞蛋都與衆不同。
雞蛋切割器
哇,簡直讓人大開眼界!
那麼問題來了。這麼多年過去了,我怎麼就突然對微積分開竅了呢?當然是因為我找到了新世界的鑰匙,也就是它!!
日本最具人氣的“微積分入門”讀本,
僅用“閱讀”便可理解微積分原理。
《簡單微積分》
作者:神永正博
譯者:李慧慧
微積分入門科普讀物,書中以微積分的“思考方法”為核心,以生活例子通俗講解了微積分的基本原理、公式推導以及實際應用意義,解答了微積分初學者遭遇的常見困惑。本書講解循序漸進、生動親切,沒有煩瑣計算、幹澀理論,是一本隻需“輕松閱讀”便可以理解微積分原理的入門書。
上文中所有有趣的例子和知識點,都出自這本輕巧的小書。這本書裡沒有難懂的定義,沒有晦澀的概念,更沒有大段大段的公式推導。作者神永教授似乎并不想把課堂上的微積分教給讀者,他隻想讓大家像認識一個朋友一樣,看到微積分最樸實可愛的一面。
但誰又能說課堂上的微積分才是最好的微積分呢?和知識做朋友不是最重要的嗎?
我們之所以覺得很多知識容易記住也容易忘記,說到底還是因為沒有和它們成為朋友。成為朋友以後,知識當然就舍不得離開你了。
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