关于实函数f的非标准天然延伸*f
请看下图:
我们假设横向坐标轴(即OX轴)与纵向坐标轴(即OY轴)都赋予了超实数系*R的单位刻度,结果,使得整个坐标平面(即坐标平面XOY)都非标准化了,坐标平面打上了“*”号,即*XOY平面。由此,实函数f也自然扩充成了非标准的实函数*f,总之,好像什么东西都打上了星号(即“*”号)。那么,带星号的实函数*f的实际性状将如何呢?非标准函数*f的定义域是如何扩张的?
实际上,实函数f等同于坐标平面上的一根曲线,比如,上图平面上的那条红色曲线。如果用集合论语言来表示,f= {(x,y)┃y=f(x)},后者代表坐标平面上的一个“点集”,也就是函数曲线的“本身”。当坐标平面打“星号”(即非标准化)时,函数的形状与相对位置均不变,很自然地也被打上了“星号”,最终也变为函数“*f”了。这叫做“延伸原理”(ExtensionPrinciple)。自此,非标准函数*f的定义域问题算是解决了。我们需要注意的是,原来的函数关系f表示什么物理规律,这个自然“延伸”出来的非标准函数*f也能表示同样的物理规律,只是表达方式不同而已。
关于函数f在实数a处的导数定义,在非标准微积分里面就变为如下形式:
f'(a)= st(∆y/∆x),
其中∆y与∆x代表其自然延伸函数*f的相应的无穷小增量之比,而此处只要求st(x)=a条件成立,即st(x)=a⇒*f'(a)= st(∆y/∆x),这也就是在a点处(此时,x无限地接近于a)的延伸函数*f导数的非标准定义方式。注意此处恒有*f'(a)=f'(a),使用非标准自然延伸函数*f来定义原有函数f的导数(或计算相关速度与斜率什么的)。你明白了吗?当然,在习惯了使用非标准模型来研究、分析实际问题之后,烦人的“星号”就可以省去了。可是,我们心里面时刻不能糊涂了。