知乎上有一個問題,是這么問的:
這個問題乍一看上去拳魁,會有點不知所云的感覺。題主問道撮弧,答案是一個無限小的數(shù)潘懊,還是直接等于。后面又說贿衍,假設答案是授舟,那么定義一個數(shù),豈不是有贸辈,同乘就是了释树?
還有另一個經(jīng)久不衰的問題,或者說命題擎淤,是這個樣子的:
很多人依然覺得“差了這一點奢啥,為什么會相等”,對此無法理解揉燃。當然扫尺,也有不少看上去非常有道理的證明筋栋,比如炊汤。
以上問題,關鍵都在于如何理解“無限”弊攘。
初學微積分的時候抢腐,應該不少人都會被所謂的“語言”弄得一頭霧水,也不知道為什么要用這么多的條件襟交。比如定義數(shù)列極限迈倍,連續(xù)著有這么多個說法:
——存在……
——對于任意的……
——存在……
——使得當時……
——恒有……
——則稱數(shù)列的極限為.
除了結果,條件攏共五句話捣域,而且缺一不可啼染,就算是硬背下來都要花不少時間。
在這個定義之后還有一個記法焕梅,是這么寫的:
這里就是初學者遇到的第一個陷阱:至少咱學的書迹鹅,在表述這個記法之前,還沒有解釋這里的無窮符號贞言。在初等數(shù)學的思想下斜棚,初學者很可能就將無窮理解為“一個很大的數(shù)”了:就和本文開始時的那個問題描述一樣。
然而,當學習到不定式的時候弟蚀,這種理解就會出現(xiàn)問題了:如果是一個很大的數(shù)蚤霞,那么這樣的式子,為什么不直接等于1义钉,而是由具體的式子決定呢昧绣?
從直覺上說,不管無窮是什么樣的東西捶闸,它至少應該有這么一個性質:不管列出什么數(shù)滞乙,無窮都應該比這個數(shù)大。就算說1000...000鉴嗤,一共有10000個0斩启,這么大的一個數(shù),都比無窮要小醉锅。
這樣的說法固然有些籠統(tǒng)兔簇。考慮到這個性質在于比較硬耍,我們不妨拿函數(shù)來構思一下無窮的具體定義垄琐。
大家都知道,的結果無定義经柴。但是狸窘,我們可以看到,在接近這個值的時候坯认,函數(shù)的值是不斷上升的翻擒,而且往著幾乎無窮大的地方前進。既然如此牛哺,如果說陋气,有一個值,使得引润,那么巩趁,理當有,無論給定什么數(shù)淳附,例如10000000议慰,我們都能說,比這個數(shù)都更接近奴曙,也就是說别凹,。
從初等數(shù)學到高等數(shù)學的飛躍就在這里:既然你都能給定一個缆毁,而且又不等于了番川,顯然!那么,只要我令颁督,不就有了嗎践啄?最開始定義的顯然就名不副實了。
為什么說微積分將運動帶進了數(shù)學里面沉御?這就是因為屿讽,在你拿出一個可以比較的值之前,不會有一個確值吠裆!它就像一個會走的變量一樣伐谈,無論你拿出什么樣的大數(shù),當你試圖把它拿來與比較的時候试疙,都會比這個數(shù)大那么一些诵棵。
所以,所謂的祝旷,不是說的值達到了一個非常大的狀態(tài)酝碳,而是說處在了這種動態(tài)的趨近狀態(tài)椅贱,而且是趨向于無窮大战虏。
回頭看看語言的內容相叁,實際上,它就是在用嚴謹?shù)男g語表述類似的事情:
——在給出一個確定正值之前吻谋,都不會有一個確定的忠蝗,讓你定義去和計算差值。
——一旦你給出了()漓拾,那么才可以確定()阁最。
——而以此確定的,與計算差值晦攒,就是滿足小于的()闽撤。
一些具體的例子可能會更方便理解得哆。有人說脯颜,不為的數(shù)相乘不會等于。在有限個數(shù)相乘的情況下贩据,確是如此栋操,所以乍一看,好像這個命題沒錯饱亮。
但是我們可以這么構造數(shù)列矾芙。自然,是多少近上,就代表著有多少個相乘剔宪。顯然,無論多大,我們都能算出的確定數(shù)值葱绒。而當感帅,也就是無限個相乘的時候,就意味著地淀,不管給出一個多大的確值失球,都有。顯然帮毁,若我們想知道是多少实苞,就沒法用相乘的形式獲得答案。
不過烈疚,在語言的語境下黔牵,只要看看什么樣的數(shù)滿足,就能知道無限個相乘的結果了爷肝。答案當然就是荧止。也就是說,在無限個數(shù)相乘的情況下阶剑,不為的數(shù)也能相乘得到這個結果跃巡。
這同時也解答了開頭的第一個問題:答案當然就是牧愁。知乎上素邪,有一個回答短平快地指出了題主接下來的錯誤所在:定義?不猪半,你不能兔朦。這是因為,答主就犯了一個錯誤:將無限的數(shù)相乘看作確值磨确。無限的東西總是處在動態(tài)的沽甥,此定義下的代表不是一個確值,而是趨近無窮的過程——所以也就不可能存在“同乘一個抵消分母”的操作了乏奥。
再看看后面:為什么摆舟?既然有無限的概念,我們再用初等數(shù)學的想法去思考這個題目就不太合適了邓了。和剛才一樣恨诱,我們可以構造。對于一個確定的骗炉,我們當然知道它和是存在差距的:照宝,就差一點點。
但是句葵,考慮的時候厕鹃,就算我們詰問:“或許和差了一點點兢仰!”,并且拿出這個“一點點”剂碴,都會抱歉地說:對不起旨别,我和的差距比你的“一點點”還要少!那么汗茄,不管我們怎么不愿相信秸弛,在語言下,就是等于洪碳。
本文只是淺顯地討論了一下递览,限于筆者的知識水平,可能存在錯漏之處瞳腌,還請各位讀者斧正绞铃!