微积分建立的时代背景和历史意义.ppt

.•微积分的概念微积分的概念微积分的概念微积分的概念•微积分的发展微积分的发展微积分的发展微积分的发展•微积分的建立微积分的建立微积分的建立微积分的建立•微积分创立的现实意义微积分创立的现实意义微积分创立的现实意义微积分创立的现实意义•牛顿与莱布尼茨牛顿与莱布尼茨牛顿与莱布尼茨牛顿与莱布尼茨•数学史料数学史料数学史料数学史料微积分建立的时代背景和历史意义微积分建立的时代背景和历史意义 1 1、、微微积积分分学学是是微微分分学学和和积积分分学学的的总总称称微微积积分分是是研研究究函函数数的的微微分分、、积积分分以以及及有有关关概概念念和和应应用用的的数数学学分分支支科科学学微微积积分分中中的的基基本本概概念念是是函函数数、、极极限限、、实数、导数、积分等，其中极限是微积分的基石实数、导数、积分等，其中极限是微积分的基石       2 2、、研研究究函函数数，，从从量量的的方方面面研研究究事事物物运运动动变变化是微积分的基本方法这种方法叫做数学分析化是微积分的基本方法这种方法叫做数学分析微积分的概念微积分的概念       4 4、、微微分分学学的的主主要要内内容容包包括括：：极极限限理理论论、、导导数、微分等。

数、微分等       3 3、、本本来来从从广广义义上上说说，，数数学学分分析析包包括括微微积积分分、、函函数数论论等等许许多多分分支支学学科科，，但但是是现现在在一一般般已已习习惯惯于于把把数数学学分分析析和和微微积积分分等等同同起起来来，，数数学学分分析析成成了了微微积积分分的的同同义义词词，，一一提提数数学学分分析析就就知知道道是是指指微微积积分分微微积积分的基本概念和内容包括微分学和积分学分的基本概念和内容包括微分学和积分学       5 5、、积积分分学学的的主主要要内内容容包包括括：：定定积积分分、、不定积分等不定积分等 微积分的概念微积分的概念       6 6、、微微积积分分的的产产生生和和发发展展被被誉誉为为““近近代代技技术术文文明明产产生生的的关关键键事事件件之之一一，，它它引引入入了了若若干干极极其其成成功功的的、、对对以以后后许许多多数数学学的的发发展展起起决决定定性性作作用用的的思思想想恩恩格格斯斯称称之之为为““1717世世纪纪自自然然科科学学的的三三大大发明之一发明之一       7 7、、微微积积分分的的建建立立，，无无论论是是对对数数学学还还是是对对其其他他科科学学以以至至于于技技术术的的发发展展都都产产生生了了巨巨大大的的影影响响，，充充分分显显示示了了数数学学对对于于人人的的认认识识发发展展、、改改造造世世界界的的能能力力的巨大促进作用。

的巨大促进作用微积分的概念微积分的概念（（1 1）中国数学家的极限、积分思想）中国数学家的极限、积分思想◆◆ ““割圆求周割圆求周””（（三国三国刘徽刘徽））◆◆ 圆周率、球体积、球表面积的研究圆周率、球体积、球表面积的研究（（祖冲之、祖暅祖冲之、祖暅））◆◆一尺之棰，日取其半，万世不竭（一尺之棰，日取其半，万世不竭（战国战国战国战国庄周庄周庄周庄周））））朴素、朴素、典型的典型的极限概极限概念念微积分的萌芽微积分的萌芽（（2 2）外国数学家的极限、积分思想）外国数学家的极限、积分思想◆◆ 公公元元前前三三世世纪纪，，古古希希腊腊的的阿阿基基米米德德在在研研究究解解决决抛抛物物弓弓形形的的面面积积、、球球和和球球冠冠面面积积、、螺螺线线下下面面积积和和旋旋转转双双曲曲体体的的体体积积的的问问题题中中，，就就隐隐含含着着近近代代积积分分学的思想学的思想◆ ◆ 欧欧几几里里得得( (公公元元前前330330年年～～前前275275年年) )是是古古希希腊腊数数学学家家，，以以其其所所著著的的《《几几何何原原本本》》闻闻名名于于世世，，其其中中对对不不可可约约量量及及面面积积与与体体积积的的研研究究，，包包含含了了穷穷竭竭法法的的萌萌芽。

芽微积分的萌芽微积分的萌芽       1、到了十六世纪，有许多科学问题需要解决，、到了十六世纪，有许多科学问题需要解决，由于航海、机械制造、军事上的需要，运动的研究由于航海、机械制造、军事上的需要，运动的研究成了自然科学的中心议题，于是在数学中开始研究成了自然科学的中心议题，于是在数学中开始研究各种变化过程中的量（变量）之间的依赖关系，变各种变化过程中的量（变量）之间的依赖关系，变量的引进，形成了数学中的转折点量的引进，形成了数学中的转折点       2、到了十七世纪，生产的发展提出了许多技、到了十七世纪，生产的发展提出了许多技术上的新要求，这些科学问题的解决，对数学提术上的新要求，这些科学问题的解决，对数学提出了新的要求，也就成了促使微积分产生的因素出了新的要求，也就成了促使微积分产生的因素微积分的发展微积分的发展       3、十七世纪的许多著名的数学家、天、十七世纪的许多著名的数学家、天文学家、物理学家都为解决问题作了大量文学家、物理学家都为解决问题作了大量的研究工作，如法国的的研究工作，如法国的费尔玛、笛卡儿、费尔玛、笛卡儿、罗伯瓦、笛沙格罗伯瓦、笛沙格；英国的；英国的巴罗、瓦里士；巴罗、瓦里士；德国的开普勒德国的开普勒；意大利的；意大利的卡瓦列利卡瓦列利等人都等人都提出许多很有建树的理论。

为微积分的创提出许多很有建树的理论为微积分的创立做出了贡献立做出了贡献微积分的发展微积分的发展 ◆◆第一类是研究物体运动的时候直接出现的，也第一类是研究物体运动的时候直接出现的，也就是求即时速度的问题就是求即时速度的问题◆◆第二类问题是求曲线的切线的问题第二类问题是求曲线的切线的问题       4、十七世纪中叶其他科学提出的、十七世纪中叶其他科学提出的四种四种亟待解决的数学问题：亟待解决的数学问题：    天文学、力学等涉及许多非匀速运动，大多数也不天文学、力学等涉及许多非匀速运动，大多数也不是直线运动，传统的数学方法无能为力，要求新的数是直线运动，传统的数学方法无能为力，要求新的数学工具    不仅是几何学的问题，而且也是许多其他科学问题不仅是几何学的问题，而且也是许多其他科学问题的要求，如物体作曲线运动，光的折射和反射的要求，如物体作曲线运动，光的折射和反射◆◆第三类问题是求函数的最大值和最小值问题第三类问题是求函数的最大值和最小值问题 ◆◆第四类问题是求曲线长、曲线围成的面积、曲第四类问题是求曲线长、曲线围成的面积、曲面围成的体积、物体的重心、一个体积相当大的物面围成的体积、物体的重心、一个体积相当大的物体作用于另一物体上的引力。

体作用于另一物体上的引力    天文学和力学都有关，例如求行星运动的近日点天文学和力学都有关，例如求行星运动的近日点远日点，抛射体的最大射程和高度等远日点，抛射体的最大射程和高度等       4、十七世纪中叶其他科学提出的、十七世纪中叶其他科学提出的四种四种亟待解决的数学问题：亟待解决的数学问题：        1、十七世纪下半叶，在前人工作的基础上，、十七世纪下半叶，在前人工作的基础上，英国大科学家英国大科学家牛顿牛顿和德国数学家和德国数学家莱布尼茨莱布尼茨分别在分别在自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工作，虽然这只是十分初步的工作他们的最大功作，虽然这只是十分初步的工作他们的最大功绩是把两个貌似毫不相关的问题联系在一起，一绩是把两个貌似毫不相关的问题联系在一起，一个是切线问题（微分学的中心问题），一个是求个是切线问题（微分学的中心问题），一个是求积问题积问题(积分学的中心问题积分学的中心问题)   微积分的建立微积分的建立        2、牛顿、牛顿和和莱布尼茨建立微积分的出发点是莱布尼茨建立微积分的出发点是直观的无穷小量，因此这门学科早期也称为无直观的无穷小量，因此这门学科早期也称为无穷小分析，这正是现在数学中分析学这一大分穷小分析，这正是现在数学中分析学这一大分支名称的来源。

支名称的来源牛顿牛顿研究微积分着重于从运动研究微积分着重于从运动学来考虑，学来考虑，莱布尼茨莱布尼茨却是侧重于几何学来考虑却是侧重于几何学来考虑的微积分的建立微积分的建立         1、微积分学的创立，极大地推动了数学的、微积分学的创立，极大地推动了数学的发展，过去很多初等数学束手无策的问题，运发展，过去很多初等数学束手无策的问题，运用微积分，往往迎刃而解，显示出微积分学的用微积分，往往迎刃而解，显示出微积分学的非凡威力非凡威力          2、一门科学的创立决不是某一个人的业绩，、一门科学的创立决不是某一个人的业绩，他必定是经过多少人的努力后，在积累了大量成他必定是经过多少人的努力后，在积累了大量成果的基础上，最后由某个人或几个人总结完成的果的基础上，最后由某个人或几个人总结完成的微积分也是这样微积分也是这样  微积分创立的历史意义微积分创立的历史意义         3、不幸的事，由于人们在欣赏微积分的宏、不幸的事，由于人们在欣赏微积分的宏伟功效之余，在提出谁是这门学科的创立者的时伟功效之余，在提出谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场悍然大波，造成了欧洲大陆候，竟然引起了一场悍然大波，造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。

英国数学在的数学家和英国数学家的长期对立英国数学在一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，过于拘泥一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，过于拘泥在牛顿的在牛顿的“流数术流数术”中停步不前，因而数学发展中停步不前，因而数学发展整整落后了一百年整整落后了一百年微积分创立的历史意义微积分创立的历史意义        4、其实，、其实，牛顿牛顿和和莱布尼茨莱布尼茨分别是自己独分别是自己独立研究，在大体上相近的时间里先后完成的立研究，在大体上相近的时间里先后完成的比较特殊的是比较特殊的是牛顿牛顿创立微积分要比创立微积分要比莱布尼茨莱布尼茨早早10年左右，但是正式公开发表微积分这一年左右，但是正式公开发表微积分这一理论，理论，莱布尼茨莱布尼茨却要比却要比牛顿牛顿发表早三年他发表早三年他们的研究各有长处，也都各有短处那时候，们的研究各有长处，也都各有短处那时候，由于民族偏见，关于发明优先权的争论竟从由于民族偏见，关于发明优先权的争论竟从1699年始延续了一百多年年始延续了一百多年微积分创立的历史意义微积分创立的历史意义       5、应该指出，这是和历史上任何一项、应该指出，这是和历史上任何一项重大理论的完成都要经历一段时间一样，重大理论的完成都要经历一段时间一样，牛顿牛顿和和莱布尼茨莱布尼茨的工作也都是很不完善的。

的工作也都是很不完善的他们在无穷和无穷小量这个问题上，其说他们在无穷和无穷小量这个问题上，其说不一，十分含糊不一，十分含糊牛顿牛顿的无穷小量，有时的无穷小量，有时候是零，有时候不是零而是有限的小量；候是零，有时候不是零而是有限的小量；莱布尼茨莱布尼茨的也不能自圆其说这些基础方的也不能自圆其说这些基础方面的缺陷，最终导致了第二次数学危机的面的缺陷，最终导致了第二次数学危机的产生微积分创立的历史意义微积分创立的历史意义        6、微积分是与应用联系着发展起来的，、微积分是与应用联系着发展起来的，最初最初牛顿牛顿应用微积分学及微分方程为了从万应用微积分学及微分方程为了从万有引力定律导出了开普勒行星运动三定律有引力定律导出了开普勒行星运动三定律此后，微积分学极大的推动了数学的发展，此后，微积分学极大的推动了数学的发展，同时也极大的推动了天文学、力学、物理学、同时也极大的推动了天文学、力学、物理学、化学、生物学、工程学、经济学等自然科学、化学、生物学、工程学、经济学等自然科学、社会科学及应用科学各个分支中的发展并社会科学及应用科学各个分支中的发展并在这些学科中有越来越广泛的应用，特别是在这些学科中有越来越广泛的应用，特别是计算机的出现更有助于这些应用的不断发展。

计算机的出现更有助于这些应用的不断发展微积分创立的历史意义微积分创立的历史意义      牛顿牛顿，是英国伟大的数学家、物理学家、，是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家天文学家和自然哲学家1642年年12月月25日日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村普村,1727年年3月月20日在伦敦病逝日在伦敦病逝      牛顿牛顿1661年入英国剑桥大学三一学院，年入英国剑桥大学三一学院，1665年获文学士学位随后两年在家乡躲年获文学士学位随后两年在家乡躲避瘟疫这两年里，他制定了一生大多数避瘟疫这两年里，他制定了一生大多数重要科学创造的蓝图重要科学创造的蓝图1667年回剑桥后当年回剑桥后当选为三一学院院委，次年获硕士学位选为三一学院院委，次年获硕士学位1669年任卢卡斯教授直到年任卢卡斯教授直到1701年1696年年任皇家造币厂监督，并移居伦敦任皇家造币厂监督，并移居伦敦1703年年任英国皇家学会会长任英国皇家学会会长1706年受女王安娜年受女王安娜封爵他晚年潜心于自然哲学与神学他晚年潜心于自然哲学与神学       牛顿牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。

和经典力学的创建牛牛顿顿◆◆◆◆              牛顿牛顿在在1671年写了《流数法和年写了《流数法和无穷级数》，这本书直到无穷级数》，这本书直到1736年才年才出版，它在这本书里指出，变量是出版，它在这本书里指出，变量是由点、线、面的连续运动产生的，由点、线、面的连续运动产生的，否定了以前自己认为的变量是无穷否定了以前自己认为的变量是无穷小元素的静止集合他把连续变量小元素的静止集合他把连续变量叫做流动量，把这些流动量的导数叫做流动量，把这些流动量的导数叫做叫做流数流数牛顿牛顿在流数术中所提出在流数术中所提出的中心问题是：的中心问题是：已知连续运动的路已知连续运动的路径，求给定时刻的速度（微分法）；径，求给定时刻的速度（微分法）；已知运动的速度求给定时间内经过已知运动的速度求给定时间内经过的路程的路程(积分法积分法)牛牛顿顿◆◆◆◆莱莱布布尼尼茨茨       莱布尼茨莱布尼茨，德国数学家、哲学家，和牛顿同，德国数学家、哲学家，和牛顿同为微积分的创始人；为微积分的创始人；1646年年7月月1日生于莱比锡，日生于莱比锡，1716年年11月月14日卒于德国的汉诺威日卒于德国的汉诺威。

      他父亲是莱比锡大学伦理学教授，家庭丰富他父亲是莱比锡大学伦理学教授，家庭丰富的藏书引起他广泛的兴趣的藏书引起他广泛的兴趣1661年入莱比锡大学年入莱比锡大学学习法律，又曾到耶拿大学学习几何，学习法律，又曾到耶拿大学学习几何，1666年在年在纽伦堡阿尔特多夫取得法学博士学位他当时写纽伦堡阿尔特多夫取得法学博士学位他当时写的论文《论组合的技巧》已含有数理逻辑的早期的论文《论组合的技巧》已含有数理逻辑的早期思想，后来的工作使他成为数理逻辑的创始人思想，后来的工作使他成为数理逻辑的创始人      1667年他投身外交界，曾到欧洲各国游历年他投身外交界，曾到欧洲各国游历1676年到汉诺威，任腓特烈公爵顾问及图书馆的年到汉诺威，任腓特烈公爵顾问及图书馆的馆长，并常居汉诺威，直到去世馆长，并常居汉诺威，直到去世　　   莱布尼茨莱布尼茨的多才多艺在历史上很少有人能和的多才多艺在历史上很少有人能和他相比，他的著作包括数学、历史、语言、生物、他相比，他的著作包括数学、历史、语言、生物、地质、机械、物理、法律、外交等各个方面地质、机械、物理、法律、外交等各个方面◆◆       ◆◆       莱布尼茨是一个博才多学的学者莱布尼茨是一个博才多学的学者,1684年，他发表了现在世界上认为是年，他发表了现在世界上认为是最早的微积分文献，这篇文章有一个很最早的微积分文献，这篇文章有一个很长而且很古怪的名字《一种求极大极小长而且很古怪的名字《一种求极大极小和切线的新方法，它也适用于分式和无和切线的新方法，它也适用于分式和无理量，以及这种新方法的奇妙类型的计理量，以及这种新方法的奇妙类型的计算》。

就是这样一片说理也颇含糊的文算》就是这样一片说理也颇含糊的文章，却有划时代的意义他以含有现代章，却有划时代的意义他以含有现代的微分符号和基本微分法则的微分符号和基本微分法则1686年，年，莱布尼茨莱布尼茨发表了第一篇积分学的文献发表了第一篇积分学的文献他是历史上最伟大的符号学者之一，他他是历史上最伟大的符号学者之一，他所创设的微积分符号，远远优于牛顿的所创设的微积分符号，远远优于牛顿的符号，这对微积分的发展有极大的影响符号，这对微积分的发展有极大的影响现在我们使用的微积分通用符号就是当现在我们使用的微积分通用符号就是当时时莱布尼茨莱布尼茨精心选用的精心选用的.莱莱布布尼尼茨茨◆◆       就到这里吧！就到这里吧！。