基础:何谓分析
无穷小(历史的)
无穷小曾被想象为一个大于零却小于每个普通正数的数——一个小到在计算末尾可以丢弃、却又在计算中途非零到足以被用作除数的量。它好用、直观,而若按字面理解,则是自相矛盾的。
在牛顿与莱布尼茨的微积分里,导数是通过构造无穷小增量之比 dy/dx、再“略去”无穷小余项而算得的。这种方法在实践中出奇地有效,但其基础却遭到攻击(贝克莱讥讽其为“逝去之量的幽灵”),因为没有任何实数既为正又小于每个正数——R 的阿基米德性质禁止这种数存在。
十九世纪的解决之道用严格的极限取代了无穷小:人们不再谈一个实际无穷小的量,而是研究当某个量变得任意小时会发生什么,并以 epsilon–delta 加以量化。需诚实地补一脚注:无穷小后来在罗宾逊的非标准分析(1960 年代)中借助一个更大的数系被严格地恢复了,但那是另一套可选的框架——标准实分析完全不用它们。
旧式做法:对 y = x^2,dy = (x + dx)^2 - x^2 = 2x dx + (dx)^2,除以 dx 得 2x + dx,再“丢掉”dx 得 2x。现代做法:构造差商 2x + h,并取其当 h -> 0 时的极限,结果等于 2x,没有任何幽灵般的余项。
极限诚实地完成了“丢掉 dx”所偷换的那一步。
又称
另见