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本帖最后由 春风晚霞 于 2021-8-20 03:59 编辑
根据欧几里德《几何原本》记载,早在2500多年前,人们就发现了单位正方形的对角线长度(即\(\sqrt 2\))与其边长(即1)不可公度,圆的周长(2\(\pi\)R)与圆的直径(2R)之比为“周三径一”的事实。由于受毕达哥拉斯学派“万物皆数”(该学派所说的“数”是整数的意思)影响,限制了人们对无理数的更进一步认识。如欧几里德《几何原本》第五篇记载,公元前370年,欧多克索斯提出了迂回曲折或者说自欺欺人的解决方式:无理数被允许在几何中使用,但在代数中却是不合逻辑和非法的.也就是说,无理数只是一种量度中的符号,而不是真正的数。
虽然两千多年来,人们通过各种方式算得了形如\(\sqrt 2\)、\(\pi\)…等特殊的无理数是“无限不循环小数”,但都没有从理论上系统的解决无理数的存在(即从几何描述中抽象出来,以“数”的形式表述),直到艾萨克·牛顿于1664年、1665年间提出二项式定理以及他的学生相继提出了泰劳级数和麦克劳林级数,无理数的计算才彻底摆脱几何直观的牵制。
恩格斯说“数学。把某个确定的数,例如把一个二项式,化为无穷级数,即化为某种不确定的东西,从常识上来说,这是荒谬的。但是,如果没有无穷级数和二项式定理,我们能走多远呢?”【参见恩格斯《自然辩法》2018年2月版P195页】
如根据二项式定理,把\(\sqrt {1+x}\)展开成无穷级数\(\sqrt {1+x}\)=\({(1+x)}^{1\over 2}\)=1+\(1\over 2\)x-\(1\over 8\)\(x^2\)+\(1\over 16\)\(x^3\)+.......-\({(-1)}^n\)\({(2n-3)!!}\over 2^nn!\)\(x^n\)+.....;代入x=1,得\(\sqrt 2\)的无穷级数展开式:\(\sqrt 2\)=1+\(1\over 2\)-\(1\over 8\)+\(1\over 16\)+.......-\({(-1)}^n\)\({(2n-3)!!}\over 2^nn!\)+.....①
又如根据arctnx的无穷级数展开式,令X=1,得\(\pi\)的无穷的数展开式:\(\pi\)=4[1-\(1\over 3\)+\(1\over 5\)+…+\(({-1})^n\)\(1\over {2n+1}\)+……]②
再如,马克思把\(1\over 3\)展开成无穷级数:\(1\over 3\)=\(3\over 10\)+\(3\over 100\)+\(3\over 1000\)+\(3\over 10000\)+…③
根据牛顿等数学家发明无穷级数的初衷以及恩格斯对无穷级数的评价。上面无穷级数①、 ② 、③ 的左端都是客观存在并且取值唯一的确定数,而级数①、 ② 、③右端则是由把左端这个“确定的数,例如把一个二项式,化为无穷级数,即化为某种不确定的东西”。所以,级数①、 ②、 ③ 右端所有项的和必然分别等于它们的左端那个客观存在,并且取值唯一的数。至于右端如何优化计算,那是《计算数学》的任务,《理论数学》的任务是从理论上解决“可否计算,如何计算”的问题。不过无论是《计算数字》还题《理论数学》计算的原则都是从已知到未知。所以根据级数右端的不完全计算得出其结果只是“趋向于左端,并不等于左端”的结论既违反无理数的计算原则,也违反恩格斯关于级数理论的叙述,并且还会导致左、右不等的悖论。所以由级数① 、② 、③我们分别算得\(\sqrt 2\)、\(\pi\)、\(1\over 3\)的准确值为\(\sqrt 2\)=1.4142…;\(\pi\)=3.1415926…;\(1\over 3\)=0.3333…。 |
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