微积分建立时代背景和历史意义
苏教版高中数学选修2-2 微积分建立的时代背景和历史意义
微积分建立的时代背景和历史意义微积分是研究函数的微分、积分以及有关概念和应用的数学分支．微积分的产生和发展被誉为“近代技术文明产生的关键事件之一”．微积分的建立，无论是对数学还是对其他科学以至于技术的发展都产生了巨大的影响，充分显示了人类的数学知识对于人的认识发展和改造世界的能力的巨大促进作用． 积分的思想产生得很早，公元前200多年，希腊科学泰斗阿基米德（Archimedes ，约公元前287~前212）就用积分的观点求得球体积公式34π3V r =他用球体“薄片”的叠加与球的外切圆柱及相关圆锥“薄片”的叠加，并用杠杆原理得到球体积公式．公元5世纪，中国数学家祖冲之、祖日恒 父子提出了“缘幂势既同，则积不容异”，也是积分概念的雏形．微分观念的发生比积分大概迟了2000年．公元16世纪，伽利略发现了自由落体的运动规律212S gt =，落体的瞬时速度近似于()()S t t S t gt t +∆-≈∆． 当t ∆很小时，这个比值接近于时刻t 的瞬时速度，这是导数的启蒙．同时，在探求曲线的切线的时候，人们发现，切线是割线的近似，割线的斜率是()()y f x x f x x x ∆+∆-=∆∆，当x ∆很小时，y x∆∆应该是切线斜率的近似，求瞬时速度及切线斜率，是产生导数观念的直接动因．17世纪，法国数学家笛卡儿（Descartes ，1596~1650）建立了坐标系，使几何图形能够用函数来表示，从而为研究函数及其变化率提供了有力的工具． 在17世纪后半叶，牛顿和莱布尼茨总结了诸多数学家的工作之后，分别独立建立了微积分学．牛顿和莱布尼茨对微积分学最突出的贡献是建立了微积分基本定理()()()ba F x dx Fb F a '=-⎰，它把原以为不相干的两个事物紧密联系在一起，揭示了微分和积分的逆运算关系．所不同的是，牛顿（Newton ，1642~1727）创立的微积分有深刻的力学背景，他更多的是从运动变化的观点考虑问题，把力学问题归结为数学问题，而莱布尼茨（Leibniz ，1646~1716）主要是从几何学的角度考虑，他创建的微积分的符号以及微积分的基本法则，对以后微积分的发展有极大的影响．19世纪，法国数学家柯西（Cauchy ，1789~1857）和德国数学家魏尔斯特拉斯（Weierstrass ，1815~1897）为微积分学奠定了坚实的基础，使微积分学成为一套完整的、严谨的理论体系．微积分的建立充分说明，数学来源于实践，又反过来作用于实践．数学的内容、思想、方法和语言已成为现代文化的重要组成部分．。
微积分的历史背景
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光学研究中，由于透镜的设计需要运用折射定 律、反射定律，就涉及切线、法线问题。这方面的 研究吸引了笛卡儿、惠更斯、牛顿、莱布尼兹等人。 而在运动学研究中，要确定运动物体在某一点的运 动方向，就是求曲线上某一点的切线方向，这就需 要求作切线。
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如：古希腊的阿基米德（公元前287―212）用 边数越来越多的正多边形去逼近圆的面积，称为 “穷竭法”。
中国魏晋时代的刘徽在其《九章算术注》（公 元263年）中，对于计算圆面积提出了著名的“割 圆术”，他解释说：“割之弥细，所失弥少。割之 又割，以至于不可割，则与圆周合体，而无所失 矣。”这些都是原始的积分思想。
阳时的最远和最近距离等。）
求曲线长；曲线围成的面积；曲面围成的 体积；物体的重心；一个体积相当大的物 体（如行星）作用于另一物体上的引力等。
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17世纪前期微积分的工作
费尔马 (Fermat)是在牛顿和莱布尼兹之前，在 微分和积分两个方面作出贡献最多的一个数学家。
费尔马《求极大值与极小值的方法》 (写于 1636年以前)在求曲线的切线问题和函数的极大、 极小值问题上做出了重要贡献。用现代语言来说， 他都是先取增量，而后让增量趋于0。这正是微分 学的实质之所在。
0
dx
（2）如果z dy ，则
x
zdx y.
dx
0
巴罗的确已经走到了微积分基本定理的大门口。
但在巴罗的书中，这两个定理相隔二十余个别的定理，
并且没有把它们对照起来，也几乎没有使用过它们。
这说明，巴罗并没有从一般概念意义下理解
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他们。但是我们知道，只有一般概念才能阐明问题 的本质，才能开拓广阔的应用道路。
微积分的起源与发展
微积分的起源与发展主要内容：一、微积分为什么会产生二、中国古代数学对微积分创立的贡献三、对微积分理论有重要影响的重要科学家四、微积分的现代发展一、微积分为什么会产生微积分是微分学和积分学的统称,它的萌芽、发生与发展经历了漫长的时期.公元前三世纪，古希腊的阿基米德在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下面积和旋转双曲体的体积的问题中，就隐含着近代积分学的思想。
作为微分学基础的极限理论来说，早在古代以有比较清楚的论述.比如我国的庄周所著的《庄子》一书的“天下篇”中，记有“一尺之棰,日取其半，万世不竭"。
三国时期的刘徽在他的割圆术中提到“割之弥细,所失弥小，割之又割，以至于不可割，则与圆周和体而无所失矣。
”这些都是朴素的、也是很典型的极限概念。
到了十七世纪，哥伦布发现新大陆，哥白尼创立日心说，伽利略出版《力学对话》,开普勒发现行星运动规律－－航海的需要，矿山的开发，火松制造提出了一系列的力学和数学的问题，这些问题也就成了促使微积分产生的因素，微积分在这样的条件下诞生是必然的。
归结起来，大约有四种主要类型的问题：第一类是研究运动的时候直接出现的，也就是求即时速度的问题。
已知物体移动的距离表为时间的函数的公式,求物体在任意时刻的速度和加速度；反过来，已知物体的加速度表为时间的函数的公式，求速度和距离。
困难在于：十七世纪所涉及的速度和加速度每时每刻都在变化.例如,计算瞬时速度，就不能象计算平均速度那样，用运动的时间去除移动的距离,因为在给定的瞬刻，移动的距离和所用的时间都是0，而0 / 0 是无意义的。
但根据物理学，每个运动的物体在它运动的每一时刻必有速度，是不容怀疑的.第二类问题是求曲线的切线的问题.这个问题的重要性来源于好几个方面：纯几何问题、光学中研究光线通过透镜的通道问题、运动物体在它的轨迹上任意一点处的运动方向问题等。
困难在于:曲线的“切线"的定义本身就是一个没有解决的问题。
微积分的起源与发展
微积分的起源与发展主要内容：一、微积分为什么会产生二、中国古代数学对微积分创立的贡献三、对微积分理论有重要影响的重要科学家四、微积分的现代发展一、微积分为什么会产生微积分是微分学和积分学的统称，它的萌芽、发生与发展经历了漫长的时期。
公元前三世纪，古希腊的阿基米德在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下面积和旋转双曲体的体积的问题中，就隐含着近代积分学的思想。
作为微分学基础的极限理论来说，早在古代以有比较清楚的论述。
比如我国的庄周所著的《庄子》一书的“天下篇”中，记有“一尺之棰，日取其半，万世不竭”。
三国时期的刘徽在他的割圆术中提到“割之弥细，所失弥小，割之又割，以至于不可割，则与圆周和体而无所失矣。
”这些都是朴素的、也是很典型的极限概念。
到了十七世纪，哥伦布发现新大陆，哥白尼创立日心说，伽利略出版《力学对话》，开普勒发现行星运动规律－－航海的需要，矿山的开发，火松制造提出了一系列的力学和数学的问题，这些问题也就成了促使微积分产生的因素，微积分在这样的条件下诞生是必然的。
归结起来，大约有四种主要类型的问题：第一类是研究运动的时候直接出现的，也就是求即时速度的问题。
已知物体移动的距离表为时间的函数的公式，求物体在任意时刻的速度和加速度；反过来，已知物体的加速度表为时间的函数的公式，求速度和距离。
困难在于：十七世纪所涉及的速度和加速度每时每刻都在变化。
例如，计算瞬时速度，就不能象计算平均速度那样，用运动的时间去除移动的距离，因为在给定的瞬刻，移动的距离和所用的时间都是0，而0 / 0 是无意义的。
但根据物理学，每个运动的物体在它运动的每一时刻必有速度，是不容怀疑的。
第二类问题是求曲线的切线的问题。
这个问题的重要性来源于好几个方面：纯几何问题、光学中研究光线通过透镜的通道问题、运动物体在它的轨迹上任意一点处的运动方向问题等。
困难在于：曲线的“切线”的定义本身就是一个没有解决的问题。
古希腊人把圆锥曲线的切线定义为“与曲线只接触于一点而且位于曲线的一边的直线”。
中国微积分的发展历程
中国微积分的发展历程微积分是数学中的一个重要分支，也是物理、工程、经济学等学科中的基础知识之一，其发展经历了漫长而曲折的历程。
而中国微积分的发展历程更是充满了变化和发展的阵痛，下文将分步骤介绍中国微积分的发展历程。
一、受西方文化影响引入微积分近代以来，随着中国与西方国家的交往不断密切，西方文化开始在中国大地上广泛传播。
在这种背景下，西方的数学知识也渐渐传入中国，并在近代中国的各个领域得到了广泛的应用。
而微积分正是其中之一，最早引入中国的微积分知识可能要追溯到19世纪初。
二、创造性应用微积分研究国家实际问题20世纪初，中国开始走上了工业化的道路，这使得微积分理论的应用变得更加迫切。
此时一批数学家开始探索如何将微积分理论应用于工业、科学和经济领域，以带动国家的发展。
1927年，中国数学巨匠华罗庚发表了一篇《初等微积分教程》，为中国微积分的发展铺平了道路。
而后，华罗庚等一批中国数学名家，将微积分的理论与实际问题相结合，得到了大量成功的创新成果，其中最著名的便是华罗庚推导不等式和中国剩余定理。
三、微积分与现代科技紧密结合随着科学技术的不断发展，人们对微积分理论的应用越来越深入。
微积分理论不仅在数学中发挥着巨大的作用，而且在现代科技领域如工程、电子、通讯等方面也得到了广泛应用。
20世纪80年代以来，数学家们集中力量发展微积分理论，形成了微积分的“新发现”，如局部解析，调和分析，BVP理论等，为现代科技应用打下了坚实的理论基础。
四、探索大数据时代下的微积分进入21世纪，人类进入大数据时代，微积分理论的研究也跟随时代的变迁而变得更加深入和广泛。
在计算机技术高度发达的今天，微积分无疑是数据科学和人工智能等领域的重要基础知识。
微积分与数据科学的结合，可以为人们提供更快、更准确、更高效的数据分析和处理方法。
同时，微积分在人工智能领域也有重要应用，如深度学习、模式识别等技术，正是微积分理论的深入研究和开发让这些技术得以顺利推广。
微积分的发展历史
微积分的发展历史1. 古希腊时期：微积分的起源可以追溯到古希腊时期，早在公元前5世纪，数学家祖克里斯特斯（Zeno of Elea）就提出了诸如阿基里斯赛跑等著名的悖论，引发了对无穷小和无穷大的思考。
2. 阿基米德和群测强微积分：在古希腊和古罗马时期，一些数学家如阿基米德和群测强（Archimedes）开始探索几何学和代数学的基本概念，在解决实际问题的过程中也涉及到了微积分的雏形。
3.牛顿和莱布尼兹的发现：17世纪，英国科学家牛顿和德国数学家莱布尼兹几乎同时独立发现了微积分的基本原理。
牛顿将微积分用于机械学和物理学的研究，而莱布尼兹则用它来解决代数和几何方程。
这两位伟大的数学家将微积分作为一门独立的学科加以发展并系统化。
4. 微积分的形式化建立：18世纪，欧拉（Leonhard Euler）将微积分的概念进一步抽象化和形式化，构建了函数和级数的理论，为微积分的应用奠定了坚实的基础。
5. 国际象棋问题的解决：19世纪初，法国数学家拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange）研究国际象棋中的一个问题，首次利用微积分的方法进行了解决。
这个问题不仅使微积分在数学界引起了重视，也增强了人们对微积分的研究兴趣。
6. 分析学的发展：19世纪，数学分析学迎来了一个又一个的里程碑。
来自法国的布尔巴基（Augustin-Louis Cauchy）和庞加莱（Henri Poincaré）等人对极限、连续性和导数等概念进行了严格的定义和证明，进一步完善了微积分的理论。
7.微积分的应用：20世纪初期，微积分得到了广泛应用，特别是在物理学、工程学和经济学等领域。
爱因斯坦的相对论理论、量子力学的发展以及现代金融学等都离不开微积分的支持。
8.持续发展和改进：自20世纪起，微积分一直在不断发展和改进。
函数论、复分析及它们与微积分的关系等新理论的出现，使微积分的应用更加广泛，对更加复杂的问题提供了更加深入的分析。
微积分的发展史
微积分的发展史微积分的发展史微积分是数学中的一个重要分支，发挥着重要的作用，它具有重要的实用价值，是现代数学中一门重要的学科。
微积分在古代有着很长的历史，从古至今，在发展的过程中，受到了许多著名的数学家的不懈努力，其演变虽然有一定的规律，但是发展也呈现出复杂的趋势，下面来看看微积分的发展历史。
一：古代的微积分古代微积分的发源可以追溯到公元前三世纪古希腊哲学家斐波那契和欧几里德的古典时代，他们最早提出了微积分的相关概念，比如斐波那契提出的“变化率”的思想，欧几里德提出的“误差积分”的思想，他们发明出来的数学模型也是微积分发展的基础。
二：新罗马时代的微积分新罗马时期的微积分研究已经开始流行，公元七世纪达·索马里（d’Alembert）等科学家在此期间正式提出“积分”的概念，但他们只是把微积分引入到数学体系中，并没有真正深入的研究。
三：十七世纪的微积分在十七世纪，英国数学家派克完成了微积分的重大突破，他把斐波那契和欧几里德的相关概念作为微积分的基础，将微积分作为一个独立的学科，开始全面系统地研究微积分，由此开创了微积分的新观念，彻底改变了古代的微积分的思维模式，他的成果也在欧洲开始流行。
四：十八世纪的微积分到了十八世纪，派克的微积分在欧洲开始广泛受到关注和应用，微积分的研究开始更加深入和系统化，出现了许多在微积分领域有重大贡献的著名数学家，比如拉格朗日，瓦西里和弗拉基米尔，他们的成就使微积分的研究得到进一步的发展。
五：十九世纪的微积分到了十九世纪，微积分的研究开始发生重大变化，出现了许多在微积分领域有重大贡献的著名数学家，比如高斯，尤金和庞加莱，他们的发现把微积分推向了新的高度。
同时也有一些新的应用，使微积分的研究发生了重大变化，这个时期也是微积分发展史上的一个重要时期。
六：二十世纪的微积分到了二十世纪，微积分的研究取得了重大的进展，出现了许多在微积分领域有重大贡献的著名数学家，比如黎曼，爱因斯坦和明斯基，他们的成就使微积分的研究取得了突破性的进展，使微积分得到了全面的发展，成为现代数学中重要的学科之一。
分数阶微积分的历史背景
分数阶微积分的历史背景一、微积分学的创立微积分学作为一门高等数学的基础学科，是在十七世纪产生的。
微积分的基本概念和内容包微分学积分学。
但是早在公元前三世纪，就已经出现过利用微积分思想解决问题的实例了，如庄子在天下篇中曾记载“一尺之锤,日取其半,万世不竭”，阿基米德在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠的面积以及旋转双曲体的体积问题中，都体现了极限的概念。
十七世纪，人们面临着许多新的数学问题，比如求瞬时速度的问题等，这些问题促成了微积分的产生，当时有许多著名的数学家都为了解决相关问题做了大量的研究，其中莱布尼茨和牛顿的成就尤为突出。
1666年，莱布尼茨写成“论组合术”(De ArtCombinatoria)一文，讨论了平方数序列0，1，4，9，16，…的性质，例如它的第一阶差为1，3，5，7，…，第二阶差则恒等于2，2，2，…等．他注意自然数列的第二阶差消失，平方序列的第三阶差消失，等等．同时他还发现，如果原来的序列是从0开始的，那么第一阶差之和就是序列的最后一项，如在平方序列中，前5项的第一阶差之和为1+3+5+7=16，即序列的第5项．他用X表示序列中项的次序，用Y表示这一项的值．这些讨论为他后来创立微积分奠定了初步思想，可以看作是他微积分思想的萌芽．“论组合术”是他的第一篇数学论文，使他跻身于组合数学研究者之列。
流数(fluxion)1665年5月20日，英国杰出物理学家牛顿第一次提出“流数术”（微积分），后来世人就以这天作为“微积分诞生日”。
牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法：正流数术（微分）和反流数术（积分），反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中，以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。
所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、y、s、u等，“流数”就是流量的改变速度即变化率，写作等。
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2021/2/1
二、微积分的萌芽
（1）中国数学家的极限、积分思想 ◆ “割圆求周”（三国刘徽）
朴素、 典型的 极限概
念
◆一尺之棰，日取其半，万世不竭（战国庄周）
2021/2/1
五、微积分创立的历史意义
4、其实，牛顿和莱布尼茨分别是自己 独立研究，在大体上相近的时间里先后完成 的。比较特殊的是牛顿创立微积分要比莱布 尼茨早10年左右，但是正式公开发表微积分 这一理论，莱布尼茨却要比牛顿发表早三年。 他们的研究各有长处，也都各有短处。那时 候，由于民族偏见，关于发明优先权的争论 竟从1699年始延续了一百多年。
◆第一类是研究物体运动的时候直接出现的，也 就是求即时速度的问题。
天文学、力学等涉及许多非匀速运动，大多数也不 是直线运动，传统的数学方法无能为力，要求新的数 学工具。
◆第二类问题是求曲线的切线的问题。
不仅是几何学的问题，而且也是许多其他科学问题 的要求，如物体作曲线运动，光的折射和反射。
2021/2/1
4、十七世纪中叶其他科学提出的 四种亟待解决的数学问题：
◆第三类问题是求函数的最大值和最小值问题。
天文学和力学都有关，例如求行星运动的近日点 远日点，抛射体的最大射程和高度等。
◆第四类问题是求曲线长、曲线围成的面积、曲 面围成的体积、物体的重心、一个体积相当大的 物体作用于另一物体上的引力。
2021/2/1
2021/2/1
三、微积分的发展
1、到了十六世纪，有许多科学问题需要解决， 由于航海、机械制造、军事上的需要，运动的研究 成了自然科学的中心议题，于是在数学中开始研究 各种变化过程中的量（变量）之间的依赖关系，变 量的引进，形成了数学中的转折点。
2、到了十七世纪，生产的发展提出了许多技 术上的新要求，这些科学问题的解决，对数学提 出了新的要求，也就成了促使微积分产生的因素。
四、微积分的建立
1、十七世纪下半叶，在前人工作的基础上， 英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼茨分别在 自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工 作，虽然这只是十分初步的工作。他们的最大功 绩是把两个貌似毫不相关的问题联系在一起，一 个是切线问题（微分学的中心问题），一个是求 积问题(积分学的中心问题)。
2021/2/1
微积分建立的时代背景和历史意义
• 微积分的概念 • 微积分的萌芽 • 微积分的发展 • 微积分的建立 • 微积分创立的现实意义 • 牛.顿与莱布尼茨 • 数学史料
2021/2/1
一、微积分的概念
1、微积分学是微分学和积分学的总称。微积分 是研究函数的微分、积分以及有关概念和应用的数 学分支科学。微积分中的基本概念是函数、极限、 实数、导数、积分等，其中极限是微积分的基石。
2、成 果的基础上，最后由某个人或几个人总结完成的 。微积分也是这样。
2021/2/1
五、微积分创立的历史意义
3、不幸的事，由于人们在欣赏微积分的宏 伟功效之余，在提出谁是这门学科的创立者的时 候，竟然引起了一场悍然大波，造成了欧洲大陆 的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在 一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，过于拘泥 在牛顿的“流数术”中停步不前，因而数学发展 整整落后了一百年。
2021/2/1
三、微积分的发展
3、十七世纪的许多著名的数学家、天 文学家、物理学家都为解决问题作了大量 的研究工作，如法国的费尔玛、笛卡儿、 罗伯瓦、笛沙格；英国的巴罗、瓦里士； 德国的开普勒；意大利的卡瓦列利等人都 提出许多很有建树的理论。为微积分的创 立做出了贡献。
2021/2/1
4、十七世纪中叶其他科学提出的 四种亟待解决的数学问题：
2021/2/1
四、微积分的建立
2、牛顿和莱布尼茨建立微积分的出发点是 直观的无穷小量，因此这门学科早期也称为无 穷小分析，这正是现在数学中分析学这一大分 支名称的来源。牛顿研究微积分着重于从运动 学来考虑，莱布尼茨却是侧重于几何学来考虑 的。
2021/2/1
五、微积分创立的历史意义
1、微积分学的创立，极大地推动了数学的 发展，过去很多初等数学束手无策的问题，运 用微积分，往往迎刃而解，显示出微积分学的 非凡威力。
4、微分学的主要内容包括：极限理论、导数、 微分等。
5、积分学的主要内容包括：定积分、不定 积分等。
2021/2/1
一、微积分的概念
6、微积分的产生和发展被誉为“近代技术 文明产生的关键事件之一，它引入了若干极其成 功的、对以后许多数学的发展起决定性作用的思 想。”恩格斯称之为“17世纪自然科学的三大发 明之一。”
2、研究函数，从量的方面研究事物运动变化 是微积分的基本方法。这种方法叫做数学分析。
2021/2/1
一、微积分的概念
3、本来从广义上说，数学分析包括微积分、函 数论等许多分支学科，但是现在一般已习惯于把数 学分析和微积分等同起来，数学分析成了微积分的 同义词，一提数学分析就知道是指微积分。微积分 的基本概念和内容包括微分学和积分学。
2021/2/1
五、微积分创立的历史意义
5、应该指出，这是和历史上任何一项 重大理论的完成都要经历一段时间一样， 牛顿和莱布尼茨的工作也都是很不完善的。 他们在无穷和无穷小量这个问题上，其说 不一，十分含糊。牛顿的无穷小量，有时 候是零，有时候不是零而是有限的小量； 莱布尼茨的也不能自圆其说。这些基础方 面的缺陷，最终导致了第二次数学危机的 产生。
◆ 圆周率、球体积、球表面积的研究 （祖冲之、祖暅）
2021/2/1
二、微积分的萌芽
（2）外国数学家的极限、积分思想
◆ 欧几里得(公元前330年～前275年)是古希腊数 学家，以其所著的《几何原本》闻名于世，其中 对不可约量及面积与体积的研究，包含了穷竭法 的萌芽。 ◆ 公元前三世纪，古希腊的阿基米德在研究解决 抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下面积和 旋转双曲体的体积的问题中，就隐含着近代积分 学的思想。