微积分的力量(1)无穷的故事

写在之前:

《微积分的力量》这本书,无意之中翻阅到,有人说看书最好的方式就是输出,将书中例子以及背后的故事写出来可能是最好的阅读,读到《曾文正公嘉言钞》中有一句话让我觉得符合这本书中整体的思想:「不慌不忙,盈科后进,向后必有一番回甘滋味出来。」

第一章:无穷的故事

人类数字历史的发展无外乎自然数的应用,用数字记录羊群个数、人数、年数、月数等等行为和情况,往后的发展用数字和符号进行计算,在地上用于计算数学题,应用题本身来源于生活,最终也会服务于生活…..,数字的发展不足以描述整个世界的进化,之后衍生出来图像,矩形、三角形、圆形,用这些图像描述物体,比如房子、河流、画出家禽等等,图形之中有一个图形最为特殊:圆形,圆心本不存在,但圆上的任意一点距离圆心的距离相等,圆上的任意点的切线的方向均不相同,具有如此多的特质,最重要的一点是圆的面积。该问题困扰数学家几千年,直至现在π的大小还没有精确到最后一位,当然这是一个无理数,无法精确到最后一位,我们讨论的问题也不是如何求出π的大小,而是在于π的求解方式。

如果把圆想象成一块披萨,我们将这块披萨切割后再拼接到一起那么面积就不会变,如果将披萨切割成四块,将四块披萨拼接成四边形,那么四边形的长边必然是弧形,不能用四边形的面积进行计算(因为不够精确),为了解决这个问题,那么将披萨切成8块,将八块的披萨组成一个四边形,此时四边形的长边弧度比四块披萨拼成的四边形的弧度要低,但仍然不是直线,如果切成16块拼在一起弧度将更小,无限的切割下去将数量纪录为4N,那么当N无限大的时候,弧线会趋向于直线,此时圆的面积便可以通过矩形的面积求出来,也就是长*宽,用无限次分割的扇形组成的矩形其长边是C/2,宽是R,则利用矩形的面积可知圆的面积是C/2*R。

求圆的面积的时候巧妙的利用了无穷切割的概念,将圆变成矩形从而求出其面积的大小,但是这儿无形之中存在了两个比较深层次的概念:一、将未知变成已知;二、无限(无穷)切割。将未知变成已知的思想,在文章的后续并没有后面多么具体的介绍,但是确实是一种比较重要的工具,解决实际问题的时候的确有用,大象装进冰箱总共需要几步啊,答三步,打开冰箱,将大象装进冰箱,关上冰箱门。问题的的处理思路是一个比较大的问题,在生活中也比较重要,需要具体问题具体分析,但的确是一个比较重要的启示。

无穷切割的秘密在后面的内容中着重强调,学过理工科的同学,后面的内容大可不看,直接跳到无穷的魅力和危险即可。上过小学的人都认识一个数1/3,1/3等于0.333333….,后面有数不尽的3,有多少个无穷个,在有限个实数中找不到与之对应的大小的数字,因为一旦找到,假设此数为M,那么必然有M+1,M+1又变成了新的M,因此无穷大在实数中找不到与之对应的大小。为了更好的理解无穷,书中举出了一个例子「墙之谜」,假设你与墙的距离是1米,你每次走你与墙距离的1/2,请问你能走到墙嘛?答:走不到,数学表达式便是S=1/2+1/4+1/8+1/16+……+1/2^n,N>=5,S无限接近于1但是始终不等于1,因此也称上述表达式的极限是1。注意极限是1不等于S=1,这是两个完全不同的概念,极限是无限接近,等于就是一个数。

无穷虽然有很多好处,可以用来求出圆的面积,但是也有很大的危险性,假设在圆的里面画一个正N边形,当边成无限小时,那么直线等于弧线,圆的周长也等于正多边形的周长。这样假设听起来似乎很有道理,但是大错特错,边长无限小,是个N边形,那么其周长为无穷小的数乘以N,那么这个结果是几,1还是2还是5,甚至可以说是任意数,在数学上唯一性,或者确定性遭到质疑,因而这是一个危险的假设。另一个问题就是除数为0,任何数除以0,都等同于乘以无穷大,那么这个结果就是无穷大与内切圆的问题相同,因此0也不可能为除数。

后边部分讲到了一个芝诺悖论,我对数学家和哲学家之间争执的悖论没有什么太多的好感,但是这里面牵扯出墙之谜,芝诺对于墙之谜的时候,说你算不出来最后走的一步1/2^n的大小,因此你无法走出第一步,既然无法走出第一步,那么你也不会走最后一步1/2米,听起来似乎有道理,但是在现实中也有与之对应的模型“完美主义”。

没有完美的计划绝不行动,这是绝大多数人在做事情前的准备,用赞美的语言说那是完美主义,但是如同悖论中说的那样,你无法算出最后一个变量,也就是无法走出第一步。一件事情无法行动就在那儿臆想始终是0,对抗完美主义最好的办法就是走出第一步,首先如同我们这个「墙之谜」的问题,假设我走了第一步,这一步的大小只有一个要求小于1的实数,假设是0.88,那么0.12m的距离作为下一个1与之前的墙类似进行下去。

后面内容牵扯到量子物理学,实现没有什么兴致读下去,也没有看的特别明白,以我现在的能力对这一章的解读也就到这儿了,也期待更多人将后面的部分补充出来大家一起讨论。

无穷的故事启示:

1. 将一个陌生的问题化解成熟悉的问题,再来解决;

2. 追求精确与完美要适可而止,1/3追求到一定的精度即可,不必追求到底,追求下去太累,也没有什么实际的意义;

3.比起完美主义还是简单的做个行动派,借用扎克伯格的一句话“比完美更重要的是完成”。

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