无限小微积分(网络电子版)是公理化体系的典范

无穷小微积分(网络电子版)是公理化体系的典范

     在世界范围内,欧氏平面几何几乎伴随着每一个现代文明人的青少年时代。上了大学,接受高等教育,还有没有类似“欧氏平面几何”公理化体系的基础课程呢?答案是肯定的,那就是当代数理逻辑模型论学者J.Keisler精心撰写的“无穷小微积分”(网络电子版)教科书。为什么?

          建议你下载这本电子书(23.1MB),此书很值得保存以便日常查阅。看书要“倒”过来看,也就是说,要先看书后的“名词索引”(Index),由此可知该书的大致内容。这是我看一本新书的习惯(或毛病)。名词索引中的新名词越多,表明该书的内容越丰富。然后就要观察书的架构了,搞清楚作者是怎么样把这些“内容点”逻辑贯穿起来的。

          基于严格意义上的无穷小概念撰写现代微积分教科书,可以说,J.Keisler是世界上第一人也。也就是说,J.Keisler的“Elementary Calculus”电子书绝对是独一无二的数学精品图书(数学知识的宝库)。名词索引中的每一个“内容点”(1,300个名词术语)都是该书公理化架构的“树梢”,生长在公理化树干的“末端”,来龙去脉“一清二楚”。该书从实数连续统(Continuum)入手,引入实数的“代数公理”、“次序公理”和“完备性公理”等,然后就是延伸实数系,建立超实数系的公理系统。紧接着就是准确地陈述重要概念的“定义”,给出相应的“定理”及其逻辑证明,然后“举例”、“示意图”,最后,在每一掌节的后面留下相当丰富的“练习题”,等等。全书没有概念上的“漏洞”,即不存在逻辑上含混不清的地方。

          你也许会感到奇怪,初等微积分怎么也能够“公理化”?在传统微积分教学过程中,教员往往喜欢使用手势语言,比喻手段,努力引导学生们发挥自己的想象力,去理解什么“无限地接近”,“任意的小”,“极限状态”,等等数学中的“理想现象”。结果呢?根据有关资料,在美国境内大约有一半的学生微积分过不了“关”,而且一离开学校就把微积分还给老师了。

         把严格意义上的无穷小概念引进微积分的好处是:能够准确定义(或表达)什么是“无限地接近”,什么是“任意的小”,什么是“极限状态”,等等,使得学生们真正“懂得”微积分而不是一知半解地“了解“微积分”。比如,导数定义与定积分的存在性证明是不可缺少的,不能“一提而过”。再比如:如果实数集A内的任意两个实数xy之间的实数z均在集合A里面,那么,集合A必定是实数系的一个”区间“。这个结论就是实数系的”完备性“公理。由此可以证明有界单调序列必有极限,以及有限超实数必有唯一的“标准部分”等等极为重要的结论(表现为“定理”)。

          细细品味这本“无穷小微积分”能够使你感受到现代数学的无穷魅力。数学不是枯燥无味的条文(或教条),而是如同莫言的魔幻小说,读起来趣味无穷,爱不释手。但是,阅读国内“高等数学”教材,不知所云,如同“嚼蜡烛”,索然寡味也。中国的孩子们都很聪明,必定能够读懂、领会和接受无穷小微积分而厌烦所谓的“高等数学”教条。

          请看该电子书的第一章第二节(第6页)关于实数函数的定义,由此,可以欣赏到法国布尔巴基学派的现代数学风格。反观我们国内的函数定义还是一百年前的“老皇历”。......我们的孩子们要向现代科学进军,一个字:难啊!