我对微积分并不感兴趣,但书名中的“力量”两字驱使我怀着好奇心开始读。原来我们现在所能见到接触到的各种便利和技术,高铁、飞机、网络、人工智能、生物医疗、导航等等:它们背后的很多算法都来自于微积分的存在。没有微积分,这些现代发明都无法实现。
微积分的定义是什么呢?本书作者史蒂夫·斯托加茨是康奈尔大学的应用数学系教授,他说:微积分就是切分和重组,切分的过程是微分,重组的过程是积分。世界万物各形各状,远比我们想象的复杂,而微积分就是想让复杂问题变得简单的一种办法。微积分的基石是极限与无穷。
公元前250年的古希腊就有了微积分的思想,人们主要用微积分来解决三大谜题:
1. 曲线之谜。比如不用尺子之类的工具,怎么算出圆的面积、抛物线的阴影面积?
2. 运动之谜。虽然我们平时喜用匀速直线运动来衡量,但实际上几乎没有:没有人或物能一直保持匀速直线运动,用简单的加减乘除无法计算衡量,比如炮弹的准确落地位置;光速的传播速度等。
3. 变化之谜。没有微积分给我们提供的工具,我们天法了解变化的规律,更无法知道变化的趋势。
微积分的真正奠基人是阿基米德。伽利略、开普勒、费马、笛卡尔给我们带来了微积分的黎明;之后微积分的发展让我们掌握了用微积分算函数、导数、面积等。有三位重要的数学家让微积分向前迈进了一大步,他们是:
1. 莱布尼茨。他通过楼梯实验发现微积分的基本定律。
2. 牛顿。发现了运动三大定律、用三重积分解决了二体问题、牛顿思想贯穿美国《独立宣言》的始终。
3. 傅里叶。用偏微分方程解决了热量流动之谜、将正弦波的振动应用于音乐合成器、CT和核磁共振扫描。
现代微积分应用在各行各业,比如艾滋病的鸡尾酒疗法,就是何定一博士用微积分方法计算出了病毒和白细胞之间的运动和涨落的时间规律,把原来的绝症变成了慢性病。再比如偏积分方程在风中计算出飞机的升力、阻力,并预测了在不同时速的机翼弯曲方向。
微积分还在继续帮我们,还可以应用在计算DNA的缠绕数、计算非线性问题和混沌问题、计算复杂系统和高维几何和应用于人工智。
读了这本书,我真正了解了微积分的强大力量,所以微积分被称作是上帝的语言,如果不了解微积分就读不懂这个世界。