現行微積分體系的錯誤:dx與Δx的關係幽靈?

一般教科書上微積分是這樣定義的:首先定義增量函數:

Δy=f(x+Δx)-f(x)。

如果增量函數可以寫作Δy=AΔx+o(Δx),則將增量函數的線性主部稱為y的微分,即dy= AΔx。

緊接著,為構造出dy=Adx的形式,根據現在的微積分教科書,包括北大工院張築生老師的《數學分析新講》、同濟五版《高等數學》、菲赫金哥爾茨《微積分學教程》等,有如下幾種方式,即:

其一,定義dx=Δx,

其二,通過函數y=x構造dy和AΔx之間的關係,

其三是映射的方式。

然後我們得到dy=Adx這種形式。這個問題的表述,從幾何直觀上看,就是以直代曲何以可能的問題。定義如此,尚不足以構成問題,然而在推演過程中卻會出現邏輯矛盾的地方。如y=f(x),x=g(t)構成的複合函數,一方面我們有Δy=f』(x) Δx+o(Δx)= f』(x)(g』(t)Δt + o(Δt))+ o(Δx),而由於dy= f』(x)g』(t) Δt 不相等,從而產生矛盾。在菲赫金哥爾茨《微積分學教程》教程中有一個說明,即當x為自變數的時候,滿足dx=Δx,然而當x為因變數的時候,這個關係式卻不滿足。

那麼,如何看待現行微積分體系中的這一個邏輯問題。


謝邀。dx是線性映射,dy是線性映射,dy=Adx表示它們線性相關。

前面沒有提到卓里奇是為什麼呢……這樣看:f(x+h)-f(x)=A(x)(h)+o(h)

A(x)是x點處的線性映射,也就是俗稱的微分df,另外的名字叫切映射,推前映射。dx和df是一類東西,也就是把定義域上某一點上的切向量映射為值域上一點上的切向量。實際上dx是基,因而所以df都能寫為A(x)dx的形狀,A(x)就是依賴於每一點的係數,俗名導數f(x)。

dx:TxR→TyR

h(?/?x)?h(?/?y)

其中的?/?x為該點切空間的基矢(與dx相對偶的),?/?y為值域上對應點的切空間基矢。df僅僅是這個映射的倍數。嚴格來講,寫成dx可能會和餘切向量搞混,但只要記住這個x是映射x(t)=t的恆等映射就問題不是特別大了。

這個事情看一般的賦范線性空間看得清楚一點,不然的話考察多變數即可:

設f:R^m→R^n,此時df為線性映射,在自然基(dy^1,…,dy^m),(dx^1,…,dx^n)下的矩陣就是所謂的雅可比矩陣。這個映射df起的作用和單變數是相同的:在R^m上某點畫一個切向量,這個映射告訴你如何把它映射成為R^n中對應點的切向量。偏導數是什麼呢?是微分映射在自然基下的係數(隨著x的變化而變化)。


dx是切空間中向量的坐標,切空間是一個線性空間,Tx-&>Ty(兩個切空間)可以建立線性映射(用矩陣表示比較形象),其中的滿足dy(x)=A(x)dx(x)的映射構成對原函數的線性逼近,可簡記為dy=Adx,特別的,一元函數矩陣退化為"數"(域中的元素,實際上是域與1×1矩陣全體的同構),這個數我們稱為導數。


首先,題目中給的定義,邏輯是自洽的。你說的這個式子展開就對了。。Δy=f(x)(g(t)Δt+o(Δt))+o(Δx)展開一下,就是f(x)g(t)Δt+(f(x)o(Δt)+o(Δx))後面這一塊可以證明同時也是Δt的高階無窮小,那麼就有dy=f(x)g(t)dt了。

至於Δx和dx的更直觀(手動滑稽)的定義,那就要在微分幾何裡面去講了。感興趣的讀者可以搜索關鍵詞:對偶矢量


詳參《數學分析講義》第一卷

北京大學出版社版 陳天權

陳老師說這個定義微分的方式實在是非常爛,讓人云里霧裡不知所云,而且還不能推廣到更一般形式上的微分上去。要理解這個問題,必須要引入代數的觀點。

1樓 @張智浩 的回答已經講得非常透了,而且添加了自己的理解。卓立奇也是一本非常好的書。但是缺陷是在第一卷的微分中並沒有把這個問題說透,要到了第二卷在線性賦范空間(高維)才更容易把這個問題看透。

理解透這個問題對於非數學類專業來說還不是很容易。首先要有一定的線性代數基礎,得知道什麼是線性變換,什麼是基,什麼是線性變換在基下的矩陣。

變換是V到V上的映射,

分析中一般用的是線性映射,

Rn--&>Rm的線性映射。

微分就是一個線性映射,導數則是線性映射在一組基下的矩陣。

可以聯想Jacobi矩陣,矢量分析Rn--&>Rm中他就是導數,一維R--&>R中他不過就是變成一行一列的了,所以是個數。

其中dx又是一個很有意思的東西,因為他又是線性映射又是基。

再推薦一本好書,把經典數學分析中的所有術語都用線性代數的語言來描述了:

《數學分析原理與方法》 胡適耕

適合還沒有接受較高分析觀點的同學看的一本簡潔入理的好書教材。


沒看懂樓主想幹什麼。。

dy= A Delta xdy=f(x)g(t)Delta t 這2個表達式不對。。。


學了實變就懂了,

現在學的微積分大體都是牛頓那個時代的東西,而數學的嚴格化是兩三個世紀之後的事了,有漏洞是正常的。等你學到19,20世紀的數學了,這些問題都迎刃而解了。


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