严格的微分理论

切线

把一把直尺贴在一段弯路上的某一点,使它恰好擦着曲线,并在该处与曲线方向一致。那把直尺就是切线:在接触点处比任何其他直线都更贴合曲线的唯一直线,它与曲线共享该点以及瞬时方向。

严格地说,若 f 在 a 处可微,则图像在 (a, f(a)) 处的切线为直线 y = f(a) + f'(a)(x - a)。其斜率为导数 f'(a),故导数与切线携带相同的信息。其定义性质是:这条直线是最佳的一阶逼近:f(x) - [f(a) + f'(a)(x - a)] = o(x - a),即当 x -> a 时误差比距离 x - a 缩小得更快。

切勿把切线理解成「只与曲线相交于一点的直线」——这种直觉会误导人。切线可以穿过曲线,而一条直线也可以只与曲线相交于一点却不是切线(想想竖直线与抛物线相交)。诚实的定义是分析性的,通过导数与误差的阶来刻画,而非通过直线与曲线相交的次数。

y = x^3 在原点处的切线是 y = 0,即 x 轴——然而曲线在该处穿过它,由下方转到上方。相切允许穿越。

相切关乎一阶斜率的匹配,而非停留在某一侧。