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微积分小卡片
热度 11 林群 2017-5-12 13:40
个人分类: 微积分|20366 次阅读|29 个评论
微积分小卡片
热度 1 林群 2017-5-10 15:38
微积分小卡片 -- 务实不务虚 林群( linq@lsec.cc.ac.cn ) 摘要 有三种产品:小学版、初中版、高中版. 经过讲解 小学高年级 初中多数人 高中多数人 略有感觉 大致理解 完全明白 与现有大学教材相比 微积分 大学教材:对大学生 小卡片:对高中生 课时 80课时 2课时 效果 多数人不知其所以然 多数人完全明白 小卡片(一页)比大学教材(百页),课时更少,效果更强. 神! 注 这个微积分的一些特点:1. 无论小学版、初中版、高中版,都是捆绑在一起的三兄弟,一个是另一个的加强,总的说是统一的一伙;2. 所有论证都不超四行, 这应是写书的行规:超过四行的证明不进中学(理想之例: 是无理数的证明) ,高中生多数能承受;3. 小卡片务实、不务虚,聚焦一处,不在于多,擒贼不如擒王. 我写的像研究报告,教师必须转换成中小学生喜欢的语言,因地制宜,耐心讲解,直至教会他们 . 本文后半为附录,先不看 . 少则明,多则惑 . 留着备案,不得已再查 . 引言 数学是人类几千年沉淀下来的文化精华,人人必学 首先,数学与其他科学一样,使世界(包括思维)更简单 . 数学中最基本的原则为两点之间以直线段为最短 (从小狗到婴儿都会 . 据说几千年前罗马帝国开通横穿全国的直路工程,就是为了最快把军队从一头输送到另一头) . 现在百姓最爱过问住房平米,就是用两条直线段的长度来计算面积 . 如果客厅是曲线围成的,怎样算面积? 古代方法:以直代曲,用长方形来覆盖,还是变成两条直线段的长度,但无论如何,永远达不到精准值,所以此法不可取; 近代方法(微积分):将这条曲线围成的面积变成另一条曲线中两条直线段的长度,便得到精准值 (如乘电梯,直上直下) ,所以此法可取 . 所以数学(微积分)使世界更简单 (以直代曲) ,人人必须学习这种思维方法 . 其次,各门科学中唯有数学这一门是严格的 (马克思说,一门科学只有在成功地运用数学时,才算达到了真正完善的地步) ,为啥不学?不学白不学! 但课本上的数学(微积分),知识点太多,证明太长 ( 80 学时才能讲完) ,中学生无法承受,大学生学完便忘 . 我们的任务:将一本书嵌入一张卡,减少知识点 (例如只剩下分子、分母、 0.9 ,像三字经), 缩短证明 (每个证明不超过四行,几分钟攻破) . 这样,效果更强,中学生可能完全明白 . 微积分不仅用于求面积这样基本的问题,学得好还可以证明电磁波的存在 (有一种说法,物理学家麦克斯韦微积分学得非常好,运用微积分证明了电磁波的存在,之后赫兹验证了电磁波的存在),还有科学史家说, 若阿基米德的失传遗稿(有关微积分吧)早牛顿100年被世人发现,那么人类科技进程可能就会提前100年,人类说不定都已经登上了火星. 小学版 教师需要因地制宜,怎样将微积分思想渗透到小学教材中 一 微积分的语言:0.99... 公元前 369-286 年 小学时听老师讲庄子故事,很吃惊,一辈子都有印象 一尺之棰,日取其半, 万世不竭 项数 和 4 0. 9 375 一 九 7 0. 99 21875 二 九 10 0. 999 0234375 三 九 14 0. 9999 3896484375 四 九 17 0. 99999 237060546875 五 九 …… …… 34 0. 9999999999 4179233... 十 九 为什么右边会出现 0.99... ?因为中间是一个小于 1 又任意接近 1 的数,总能取到 0.99... (否则例如取 0.98... ,怎么能任意接近 1 呢) 举一反三 1. 中学学到三角时,说 又 任意接近1(令θ缩小),那是什么意思呢?它总能取到0.99...(否则例如取0.98...,怎么能任意接近1呢). 所以 2. 哲学家说,人类不到百分之百(=1)正确,只能做到百分之九十九,百分之九十九点九,...正确: 商家也说,百分之九十九,百分之九十九点九,..., 所以尽可能用0.9...9说事. 再举一反三 3. 庄子故事中,1/n任意接近0(令n增大),那是什么意思呢?它总能取到0.0...01...( )(否则例如取0.0...02...,怎能任意接近0呢). 即 4. 在前面1中令 即柯西的语言 切记柯西的教导:“ 摆脱直觉的危险与图解的诱惑,即使显而易见的事实也必须用无可争辩的推理过程来证明”(借Dunham的话). 公式一多就烦了!简言之,以后只用到夹在0.9...9与 之间(不必说成 1-ε 与 1+ε 之间)的量 . 此外,避长就短,今后常说成趋于 1 或 (因两头 ,所以夹在中间的量也 ),其意思很明白,即夹在 0.9...9 (即 1-ε )与 (即 1+ε ) 之间的量 . 常用就习以为常 . 下面言归正传 二 圆的学问 达到的目标:了解圆的构成,以直代曲,且“直 / 曲 →1 ” (即夹在 0.9...9 与 之间) . 为什么要讲圆? 1. 圆是人类最古老的发明 至今还在沿用:科学目的 造福人类,并非无病呻吟 2. 圆大有学问:圆是曲线,人脑、电脑只会直线 (两点以直线段为最短) . 看圆怎样构成 圆井由直砖砌成 电脑画圆放大看不是圆,只是多边形 即以直(弦或切)代曲(弧) . 3. 进一步观察,它们(即直与曲)相除还能保持 → 1 (当弧 →0 ): 这称为高等数学第一题,将反复出现,但到中学才理解 或 弧 弦/弧 0.50 0.9589... 0.10 0.9983... 0.05 0.9996... 参看第一节之1,前式为什么能以算术(0.9...9)代三角(cosθ)?因cos θ→ 1 (当 θ→0 ),那总能保持0.99...(例如取0.98...不能任意接近1. 但别忘了,在9后面一定有别的数,不可能永远取9,因为 cosθ是无理数,见上表). 后式不证自明(这里为简单对圆作等分,所以每个弦、每个弧都相同) 简言之,圆有一道算术题:当分子 = 弦或切,分母 = 弧,则由局部比 : (刚从《微积分历程》看到:柯西在证明他的均值定理时也用到这个不等式 . 我们现在对圆(做等分)( Dunham )不证自明:每个分子、每个分母都相同) 结论:弦(或切)相加 / 圆周 →1 ,或弦(或切)相加 → 圆周 (定死了) ,又称:弦(或切)的积分 = 圆周 . (学生通过这些来反复理解什么叫作“ → ”) 让我们守住圆:不懂圆(或 0.9...9 )就不撤 . 许多人开始不明白: 0.9...9 等价于“ →1 ” ? 其实 小学生只要知道这些, 暂停! 但弦(或切)相加永远达不到圆周,即达不到精准的结果 . 就像庄子故事,永远分下去也达不到 0. 尽管如此,却把我们引到了微积分的彼岸 下一场戏,就要看怎样由圆的算术钓出微积分 初中版: 圆变脸 意外与微妙 . 微积分大手笔,也就是圆的一道算术题,只是分子与分母的取法有所不同 (多潇洒) . 所以,从共性看,微积分藏身于圆,圆变脸便是微积分 . 事实上,我们先有预谋,对圆演习一遍 然后偷梁换柱、点石成金 便成了下页小卡片 . 数学所以有趣,就像变魔术、耍戏法 微积分小卡片 (左半为石、右半为金) 安民告示 像念三字经(三个知识点:分子,分母与 0.9 )先背下,以后再做题来理解 算术假设 每个分数的分子与分母足够接近,相除能保持接近 1 ,必然取 这里,分子们、分母们可不同 微积分就藏身其中 :取 分子 = 小直角三角形的高 = 微分(命名), 分母 = 相应曲边三角形的高(称小高), 使之满足算术假设(局部) (也记:割线 → 切线 ), 由算术定理得 (整体) 9 的个数在增(随分点在增) 也记:微分相加 → 全高 (定死) 或 微分的积分 = 全高 此乃微积分基本定理, 微积分的五脏六腑 都在于此 设分母 0 且 9 的个数一样(均匀),则有 算术定理 由局部分数到整体分数,需要均匀 只需验证 . 先验左边: 同理,再验右边 初中生作为三字经背下. 到了高中再做题来理解 注释:卡右出现曲边三角形. 初中生学过直边三角形,所以先将曲边三角形分解为小的直边三角形(又称“微分三角形”见阴影部分). 然后,用“微分三角形”的高(又称微分)相加起来,来接近原有曲边三角形的高. 所以,实际操作,曲边的高,通过微分的相加,又写成积分(它将是另一图形的面积). 这也可看作登山的故事:登高与坡度的关系,详见(必读)文末的附件二. 微积分,一本书变一张卡,以少胜多,上演蛇吞象 高中版: 做题叫阵 回访卡中登山图.科普避免公式,侧重故事,尽量采用文字解释,容易造成云雾山中、似懂非懂 那么,什么是基本定理呢?到了高中,有了公式的训练与计算的能力, 通过做题,取得完全明白 下面摆擂台叫阵:曲线下的面积怎么算? 1. 古代方法:以直代曲,用许多小细条的面积 (即两条直线段相乘) 相加起来,来接近曲线下的面积. 无论怎么细分,永远达不到精准值,所以不可取! 2. 近代方法:一条曲线 (例如cos) 下的面积写成另一条曲线 (例如sin) 下的高度差 ( ,即两条直线段相减 ) , 它就是精确值,所以可取! . 怎么会有这么便宜的事?那我们做几道题,就完全明白了 先将曲线的定义区间作等分(为简单),分点为 ( θ 为分段的长,各段都相同) 例1:cos下的面积 先考虑两节点上的高度差 (小高) 再在所有节点 上相加,便得全高 右边第一个公因子→1( 当θ→0), 正是小学版讲圆时遇到的高等数学第一题;第二个求和项, ,当 θ→0 正是曲线 下的面积(见下图),也称cos x的积分. 结果 达到精确值 破阵了,其验证不超过四行,高中生完全明白,不难记住! 不妨再做一个 例2:sin下的面积. 一样有 小高: 全高: 或 破阵了,其验证不超过四行,高中生完全明白, 不难记住! 例3:用tan做一遍,一样有 小高 全高 (有一点麻烦,先不理) 或 破阵了,其验证不超过四行! 例 4 : 用多项式做一遍. 的 小高: 全高: 破阵了,其验证不超过四行,高中生完全明白,不难记住! 注:古代方法求抛物线下的面积,会出现平方和: ,有公式但得之不易. 对三角题,如 ,将出现三角和: 更难求了. 所以古代求面积的方法应该叫停. 以上例1-4,跟卡中基本定理有怎样的关系?它们既不用卡中算术定理,也不用卡中斜率的概念,那为什么预先(上一节)还要安排那张卡呢?且慢... 欲穷千里目,更上一层楼 对三角、多项式做一遍了.能不能做到 例5:一般函数f(x)?那么,遇到了函数的高度差有没有表达式?著名的中值定理说 其中存在导数,f’,的中值.那么全高 (所以承认中值定理等于承认基本定理). 且慢:中值为什么存在?它动员了连续函数理论与实数理论,成本太高,高中生无法承受. 所以不可取!那么,如果只有导数(或切线斜率)f’(x),没有中值 ,那还有基本定理吗?可以:由斜率的定义 (用了卡左算术定理,还有上面的斜率概念...) 这里积分,或 ,当 θ→0 即曲线f’(x)下的面积 到此,基本定理已破阵,其完全验证也不超过四行,高中生多数能承受,所以可取!摆擂台叫阵告捷. 这时,也只有这时我们才尝到了微积分的鲜活味道! 回头看,例1-4,醉翁之意不在酒,只为引出一般理论,例5. 现在也可以倒过来,用例5的一般方法,来统一前面的四个特例 统一:基本定理的题解表 →1 →1 f(x) sinx tanx 总之,只要拿几道题,自己做一遍,基本定理就完全明白了.还有必要翻书或引经据典吗? 所以数学理论归根结底要做题,做题才是检验真懂假懂理论的试金石,做题才能练出内功、比出高低,达到过硬功夫与真刀真枪 质疑传统 以上五题,赤裸裸的,只有少量知识点,不超过四行的证明 (这是行规:超过四行的证明不进中学) , 几分钟就明白了. 闪电战 速战速决 台上十分钟 台下十年功 这里,用到了实数理论、连续函数理论、微分学理论(中值定理)、原函数、不定积分吗???没有!这些花架子 务虚花了80学时,太累了.现在务实,只要拿几道题,自己做一遍,几分钟就明白了. 到此,吃了定心丸,公开了的真相,花架子还有什么存在的必要?所以,赤裸裸五题,赤手空拳,务实不务虚,才是微积分的过硬功夫,真刀真枪! 总结:基本定理务虚80学时,务实五道题,几分钟. 该收摊了 建议 微积分一开始就布置这五题,作为打擂台供学生试身手、比功夫.直到他们交卷了,才能肯定微积分过关了. 原函数 导数 ... ... 这五题真值得,包含了微积分的最初功能: 求导数与积分. 加上四则运算求导,便可以制造导数表与相应的积分,如右表: 以后仅仅是例行公事. 所有的教科书 都有大量例题,下面仅举出决定性的一招 利用上表求单位圆的周长与面积 这就回答了小学版没有解出的难题. 小学版的方法达不到精准的结果,却把我们引到了微积分舞台的彼岸,然后过河拆桥,另谋出路(另取分子、分母) 微积分大目标已经达到了,你已经非常成功了,一辈子学这么多(五道题)也就知足了. 这就是务实的微积分 这五题,是微积分的五脏六腑,或五颗“真金”. 也好比清明上河图 太紧张了,太累了 微积分重头戏终于演成了!应该喘口气. 且慢,如果你有耐心,还有两场好戏好看 附录一 副产品( 献给高中生 ) 基本定理(即导数表与积分表),要落实到高中生做题上 一. 单调判别法 高中要解一批极大、极小值问题. 有很多特殊的解法,但机械可行的方法是先求导数,再利用单调判别法 所以高中就要学会求导数,不学白不学,不学白丢题! 如果你要知道为什么有单调判别法,那么还要知道基本定理,因为后者直接推出单调判别法. 这样,你不仅知其然,也知其所以然. 二. 泰勒公式 会求导数,会用基本定理,我们还能制造出泰勒公式.它是基本定理登峰造极的推论,通常也当做微积分的名片,向人们亮出,说它是初等函数计算的革命. 几个世纪前,人们编制三角函数表,成本极高.自从有了泰勒公式,变成了加、减、乘、除,在计算机上计算到任意精度都是举手之劳.这张名片虽是微积分的顶峰,不过,有了基本定理,推出它也是举手之劳:只用累次积分(不用多重积分),仍然每步不超四行: 会求导数,会用基本定理,我们还能制造出泰勒公式.它是基本定理登峰造极的推论,通常也当做微积分的名片,向人们亮出,说它是初等函数计算的革命. 第一阶: 第二阶: 第三阶: 第 n+1 阶: 或 最后的积分项常为小量,解不出便略去 (绝对真理为未知或太复杂,便通过相对真理(多项式)简单化) . 所以,泰勒公式使初等函数变成多项式. 最简单的有 特别有 回顾古代割圆术,无论把圆分割多少次都是近似值,永远得不到最终值(即极限值). 但泰勒公式却给出了极限值,不得不令人折服. π的故事 (摘自李大潜、善平《十万个为什么(第六版)》) 在牛顿和阿基米德发明微积分之前,数学家主要利用阿基米德的几何方法(即割圆术)来计算圆周率 。但是,要用割圆术求出较高精度的 值,需要计算很多边数正多边形的边长或面积,这不是一件容易的事,鲁道夫·范·科依伦花费了大半生的时间才将 计算到小数点后 35 位。要求出更高精度的 值,单用几何方法已经是力所不能及了。 17 世纪微积分的发明,使圆周率的计算进入了采用分析方法的时代。基于微积分和幂级数展开理论,人们发现了一系列用无穷级数表示的 的计算公式,这些公式不依赖于割圆术。第一个例子由苏格兰人格里高利于 1671 年得到,他利用 的积分表示得到了无穷级数展开式 令 ,就得到 上式右端称为莱布尼兹级数,它不含根号,具有十分简单的形式,但其收敛速度很慢,还不适用于实际计算 ,即使计算 300 多项也算不出小数点后 2 位的精确数字。 1706 年,数学家梅钦巧妙地改造了格里高利的公式,得到 将格里高利公式带入,就得到收敛速度很快的级数表达式,这是 的第一个快速算法。梅钦本人用此方法计算 值到小数点后 100 位。以后,又陆续出现了计算速度更快的类似公式,统称为梅钦类公式。 可见,微积分的发明开创了圆周率计算的新纪元。 附录二 扫尾:实数理论 (献给初中生) 测量需要实数. 利用 无限位小数,逐句逐字,或改头换面, 耍出一般实数 按部就班 依序试算 联合成不等式 最终等式唯一 实数的 整数部分 ↕ 阿基米德原理选出整数a 小数部分 第一位 ↕ 区间分成十份 小数部分 第二位 ↕ 区间再分十份 小数部分 第三位 ↕ 区间再分十份 找出规律归纳类推至所有位 每为 多找一个小数位,等号右边 的小数点后就在加9,越来越接近1. 这就是华罗庚构造法 ( ,R不能用有限位小数表达) 古今总结 古人认为: (整数及其四则运算,其中整数之比未必是整数,可能是有限或无限循环小数) 任一长度对应 华罗庚耍出推论:单调上升且有上界的数列必有极限(这话比较专业,先认下来) 讲到三角测量,例如求 ,它不是有限循环小数. 一般它们都是无限不循环小数,也就是华罗庚说的实数,简单列成表格 的故事 ( 抄自网页) 其实,看似简单的一个 ,却引发了第一次数学危机。 著名的勾股定理在西方叫毕达哥拉斯定理,就是这个毕达哥拉斯在历史上提出过“万物源于数”的理论。这个理论听上去有些奇怪,但是如果你仔细了解毕达哥拉斯的学说的话,他的理论还是挺有道理的。毕达哥拉斯还成立了一个像宗教形式的学派,他本人和他的学生们都对数有着疯狂的迷恋。 前580-500 前500-?   毕达哥拉斯认为宇宙间各种关系都可以用整数或整数之比来表达,并不存在无理数。可是他的一个学生希帕苏斯却证明出了√2是一个无理数,这让学派的其他成员惊恐不已,因而将他抛入了大海,以保守这个秘密。                         无理数的出现深深的困扰着古希腊的数学家,人们无法理解无理数的意义,陷入了逻辑上的困难。这就是第一次数学危机。 思考题 已被证明为是无理数,问题是怎么发明的?应该先去算它的头几位小数,总算不尽,才怀疑它不是有理数,见上一张表. 后面只是轻松的务虚,不动脑筋了... 附录三 微积分还有什么( 献给大学生 ) 务实的微积分,除了以上三把斧 基本定理、单调判别、泰勒公式 还有什么利器?高三、大一必学的,做题应试所必须的,也就是这些. 其它知识点:级数呢?好处理: 指数、对数函数呢?它们特别有意思: 的导数还是 , 的导数是 .前者可用来预报人口,只用几分钟(以及前几年已有的数据),后者用来填补积分表.见张景中书《不用极限的微积分》第九讲. 附录四 微积分教学法 (献给教师) 微积分的变与不变:微积分本身不变,还是原来的,只是教学法有变: 1. 使教学复杂度降到底:上演“圆变微积分”与“微积分变一张卡” 触及了微积分的天花板. 2. 微积分重心有变:由务虚的微积分,花哨的一般理论,转到务实的微积分,计算的功夫. 特别是,河里小鱼100条,大鱼只1条,我们只钓大鱼,即基本定理——重中之重! 3. 微积分减肥:微积分为什么被写得这么厚重 《微积分》本是证明基本定理与泰勒公式,但传统的证明要靠中值定理,后者又靠连续函数理论与实数理论,所以常被改名为《数学分析》,变得臃肿厚重,带来严重的副作用:把人误导到实数论与连续函数论,沉浸其中、玩物丧志、偏离主题、分散注意力. 多则惑:这就是为什么多数人学过就忘 为从《数学分析》拉回《微积分》,我们躲开中值定理,直奔基本定理.所以瘦身了. 再者,微积分重头戏在于求出微分(即导数)求出积分,列成导数表、积分表. 它们只能拿每一个具体的函数,即一些初等函数(无限可微函数)作靶,并不对任意函数或连续函数唱空城计. 别贪多 要舍得. 事实上,如果你能建立起无限可微的微积分(虽然我们只要一次可微)也就知足了.我们的方向:简单至上,不惜大砍大杀. 相反的方向是,把务实的《微积分》篡改为务虚的《数学分析》,把精力放在连续函数、微分中值定理上,造价太高、太奢侈、太累人,只适贵人、不宜草民 现在先有了基本定理,中值定理对《微积分》已经没有存在的必要 (有点夸张) 过河拆桥 不过,如果为了求职面试 中值定理怎么证明 不妨兵来将挡:可以只讲结果、不讲证明 (知其然不知所以然) ,走马看花、应酬一番 4. 微积分倒放了.务虚的微积分有固定模式: 实数 → 极限 → 连续函数理论 → 微分学(中值定理 +单调性判别+ 泰勒公式 ) → 基本定理 现在倒过来出牌: 基本定理 → 单调性判别+泰勒公式 代替了中值定理,成本骤降. 这就是务实的微积分! 5. 必须承认留下一块心病:怎样证明中值定理?我们避开它,只因证明成本太高,但我们不能否认它的存在:北京珠市口天桥上就有它 所以我们必须知道它.无可奈何,只能请出它的几何解释 (这违背了柯西的教导) - 它可在任何一本教科书找到 沈善普干脆把中值定理当做公理供起来,两小时讲完微积分 当然,教学法备受争议. 我所以砍杀《数学分析》, 只是觉得数学太累人了,适可而止 6. 科普与教材一体化,或教材也写成变魔术、耍戏法,带点夸张,才不使学生睡成一片! 附录四 华类广义函数 (献给研究生) 安慰:前面说微积分重在无限可微函数,但利用分部积分,可能将不可微函数变为无限可微.见华罗庚《由单位圆谈起》 继续务虚 :学微积分(包括圆)能得什么好处? 1. 学了圆才恍然大悟:尽管圆存在(离中心距离相等的轨迹),人脑电脑却得不到圆,只能以直代曲,以多边形来接近圆: 于是你才相信:尽管绝对真理存在,人类却得不到它(它比圆更复杂),只能以相对真理来接近绝对真理: 于是你才有了辩证的世界观,不至滑到民间数学家的圈子,否定前人相对真理,一步登天.有这一点提高,就已值得. 其实,醉翁之意不在酒,我们学圆,动机是带出微积分 2. 托尔斯泰等由此观察人类历史 《冯·卡门传》:历史只观察大多数人活动的平均效果,系统地目前状态包含着过去的历史. 看来不懂微积分,看高级小说,就知其然、不知其所以然 3. 微积分低成本高收益 实例:2000年人口普查,全国挨家挨户访问5亿人花了一年. 若根据马尔萨斯定律,利用过去(1990)人口数据,再应用微积分,一 个大学生只花五分钟,即推算出2000年的人口. 马尔萨斯(1766-1834) 结果相差6.4%,但成本更要紧. 又例:材料科学基本靠微积分来算. 过去爱迪生为找灯丝的最优材料,做了几千次实验,因为他一点也不懂微积分(据说) 4. 微积分改变世界 莉莉安·李伯说,麦克斯韦第一个想出了“电磁场里的波”这个概念,再运用微积分耍出电磁波存在 (微积分有没有用,就看你会不会耍) . 之后赫兹验证了电磁波的存在,时代翻页 (1831-1879) (1857-1894) 克里斯·罗里斯说,若阿基米德“失传遗稿”(有关微积分吧)早牛顿100年被世人发现,那么人类科技进程可能就会提前100年,人类说不定都已经登上了火星 ( 前287-212 ) 5. 吴文俊: 微积分为 18 世纪军火制造扫清道路 http://v.baidu.com/watch/04241756129832559483.html 6. 丘成桐:数学改革最简单的做法是把微积分纳入高考,微积分在所有理科,包括经济、医学、 物理、现代科技等领域都会用到,但我们现在的高考反而不考微积分,这是很大的错误. 7. 阿诺德:不懂数学的人就不能认识其他任何科学.不要相信所有物理概念,相信数学方案.本世纪初期的纯物理概念已被物理学所摒 弃 8. 最后,对学生来说,微积分最实惠的就是帮你应试.不学白不学,不学白丢题! 后言 (致教师) 小卡片的求高图来自《光明日报》《人民日报》(1997) 我当然不满足于图解,微积分的成功在于“摆脱直觉的危险与图解的诱惑,即使显而易见的事实也必须用无可争辩的推理过程来证明”(借Dunham的话). 不过,中学数学也应该有一个行规:每一证明不能超过四行 (就像证明 是无理数那样) . 所以,当我参加院士丛书(广西出版社1998年)的写作时,就把一个四行的证明写进《画中漫游微积分》 . 见过这证明的朋友,如加拿大陈掌星院士,立刻拍板说“这就是微积分教学的突破” . 之后,专家圈里也得到个别支持:美国 M. Livshits 几处演讲题目就是“由笛卡尔到 ... ”,中国张景中的书称之为“微积分基本定理的林群模型”,美国 Michael Range 的微积分新书称之为“ Ideas of Lin Qun ”,当他看到我的微积分小卡片,来邮件说“我开始的时候不得其解,觉得这怎么可能 . 我花了一段时间来理解,为什么您的“区间导数”或“区间微分”可以绕开技巧,原来估计的一致性已经隐藏在条件之中。我知道 Lax 认为连续应该定义在区间上(即一致连续)而非逐点定义,从而可以避免一些对大部分学生而言十分艰涩的分析结果 . 您对导数(微分)的类似处理有异曲同工之妙” . 网上 liyu 称“这个卡片太神奇了 , 图中间的不等式着实很强大 ( 上下界的选择 ), 高中生或者初中生都可以尝试证明 . 有很强的几何意义 . 之后的证明也非常简洁明快” . 它进入《高等数学研究》(主编张肇炽)的简讯:题目为 并进入香港电视剧 特别,进入中学生及家长的社会,被评为 “ 2016 中国科学年度新闻人物” 我爱别人赞成,只挑赞成的特例 . 笑话的、反对的多得很:如果你随便问一位教师,他都会摇头 网上就有人预言:已经为实践所逐步证实,他们的方法不会成功,也就是不会成为微积分理论和教学主流 . 我还是硬着头皮做实验,例如见北京双榆树小学的网页: http://www.sysyx.com.cn/Item/2248.aspx 声明:所有插图均来自网络 . 附件 1 :高等数学第一题,三角不等书的李瑜图解 ( 通过 比较面积可得) 附件 2 《全民科学素质学习大纲》(科普研究所, 2017 )第二章“数学与信息”, P. 66-67 ,游春光主笔: 附件 3 张景中《不用极限的微积分》 P. 232-235 的证明与图解
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