极限浅谈

高中就被物理上各种小木块折磨,求速度、求时间等等,上了大学才知道极限一说。下面是百度出来的一个不错的微积分学习网站,极限这个概念还是讲的很不错的!数学经纬网还有很多数学历史、数学科普等等,收藏一波!
废话少说,下面转载原文:
极限是微积分学习中最基础的概念,但是对它的理解却不是那么容易,历史上不少数学家对此均做出过研究。
飞矢不动是芝诺悖论里面非常有名的一个例子。它是怎么说的呢?芝诺设想一支飞行的箭。在每一时刻,它位于空间中的一个特定位置。由于时刻无持续时间,箭在每个时刻都没有时间而只能是静止的。鉴于整个运动期间只包含时刻,而每个时刻又只有静止的箭,所以芝诺断定,飞行的箭总是静止的,它不可能在运动。这是诡辩,但也提供给我们一种思考动与不动辨证关系的视角。

图一 芝诺悖论
同样,在高中物理中,也有类似的问题。在运动学中,我们要求某一时间段(t0-t1)的物体运动的速度,那么我们就会用物体在这一时间段内的位移除以时间,这叫平均速度。但如果我想求某一点或某一时刻(t2)的速度呢,或者称之为瞬时速度呢,会怎么办呢?当然,我们说按照芝诺的说法,速度必然涉及位移(s)和时间段(t0-t1),而对于某一点或某一时刻,不存在位置的移动,也不存在时间的推移,那么这个瞬时速度便不存在或者为零。显然,这不是我们要的答案。实际上,我们在回答这一问题的时候,其实用到了极限的思想,即我们令时间段(t0-t1)足够小,在不断的足够小的过程中,我们便有望得到某点或某时刻的瞬时速度。在这里,我们会发现,瞬时速度已经不再是速度的概念,但它却是速度的某种延伸。实际上,我们在不断求瞬时速度的过程中,随着时间段(t0-t1)间隔的逐渐缩小,我们会有望得到一系列的值,这些值似乎在朝某个数运动,即这些列值似乎不断的靠近某个值,但永远达不到。事实上,这个值就是极限

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从几何上,我们也可以说明这个一下。其中最常用的就是求曲线的切线。切线是从割线引申而来。我们用一条直线去“割”曲线,随着直线与曲线相交的两点间距离逐渐变小,这条直线的斜率k(y=kx+b,k≠0)也在逐渐趋近于一个数。这个求斜率的过程,其实就是求极限的过程。而当相交的两点融合为一个点后,所得K就是曲线在此点的切线斜率。

图三 导数
关于极限论,到此我们可以给出一些比较经典的说法了,按照魏尔斯特拉斯给出的规范化定义,极限论即:当属于一个变量的相继值无限地趋近某个固定值时,如果以这样的一种方式告终,变量值同固定值之差小到我们希望的任意小,那么这个固定值就成为其他所有值得极限。结合上述我们的例子,应该比较好理解。
与此同时,应该指出,变量值与固定值之间的差,有个术语叫无穷小。即当变量,如速度或者割线斜率不断逼近的过程中,这个变量与达到的值(即瞬时速度的值或者切线斜率的值)的差也构成一个不断减少的过程,最终可以达到任意小。与之相关,无穷小的这个量,其倒数必然是无穷大,因此也就有了无穷大的说法。非常有趣的是,无穷小量虽然都是“量”,但它和1,34,1000等数表示的量却截然不同,似乎无穷小是个动态量,可以任意地无限的接近零,却又不是零。