勒布朗詹姆斯的记录:求关于一元微积分的论文一篇

研究数学的认知规律 提高数学分析教学水平
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　　精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，对于提高人才培养质量有着重要意义。内蒙古大学数学分析课程于2003 年被评为国家精品课程。内蒙古大学数学系在“数学分析”的教学研究和实践方面坚持了不懈的探索和努力，取得了显著成效。
　　一、更新教育理念，提倡返璞归真
　　数学分析课程经过两三百年的不断改进、完善，形成了一套较为完整、相对固定的理论体系。教学改革的关键是教学观念的更新，要在培养厚基础、宽口径创新人才的培养目标下，以新的视角去研究和审视整个课程体系和课程内容。我们分析了现代数学的特殊个性——内容超现实性和思维抽象性，形成了一些新的教学理念。我们感到，按照数学内容本身高度抽象的演绎表述方式进行定论形式化教学，是数学分析教学困难的一个重要根源。数学分析传授人们的不仅仅是一种高级的数学技术，从现代教育的观点看，它更是一种渊源于西方文明的理性主义文化的传输。我们提出，数学教学中要重视抽象数学特殊认知规律研究的重要性，倡导用基于微积分学认知规律去从事教学。近几年来，我们先后在《高等理科教育》、《大学数学》上发表了“数学认知与数学的教学”、“数学的个性与数学认知”、“漫谈数学科学的教学研究”等学术研究论文，提出要根据数学这一特殊学科的认知规律来进行当前数学教学改革，提出数学基础教学返璞归真的口号，产生了较大影响。
　　二、坚持启发式教学，引导学生探索式的创造性学习
　　研究探索了逻辑思维、形象思维、直觉思维相结合的启发式教学方法。倡导新的微积分学教学理念，在积极研究探索微积分学现象到本质、具体到抽象、简单到复杂、一般到特殊的认知规律基础上，坚持有思想内蕴和结构原理的有灵魂教学，注重思维层面上的剖析和诱导，注重数学思想和方法的传授与实践，引导学生开展探索式的创造性学习。使学生不仅求得真才实学，而且受到创造精神的启发，体现了微积分教学的理性思维品格和思辨能力的培育、聪明智慧的启迪、潜在能动性和创造力开发，大幅度提高了教学效果。
　　数学分析虽然具有超现实的品格，但绝不是脱离现实。它尽管具有抽象的形式，但追本溯流，仍源于现实，是现实的更高的理性抽象和概括。在保持数学分析教学较高理论高度的同时，我们重视和倡导抽象数学的物质化，返璞归真，类比联想，发展形象思维。对抽象的数学原理和概念，引进并充实它们的物理源泉与现实应用背景，论述如何由原始朴素的问题和想法演化发展至现代数学概念。以明晰的脉络、清澈的论理、准确的语言，追求思路的简易直观、内容的生动明达。克服初学者认知上的障碍，化解抽象数学的认知难度。以无穷小分析的观点和方法统率整体教学内容，使其在理论上具备很好的统一性与高度。在教学上，一方面反对没有生气、没有灵魂、死记硬背式的唯工具教育，克服数学抽象化和形式化所带来的认知上的负面影响，同时更坚持必要的抽象化和形式化的科学工作方法的学习训练，将学生切实掌握专业工作所必需的数学工具和语言手段作为教学第一目的。
　　三、以距离和极限为主线，重构多变量微积分学教学内容结构
　　随着当代科学技术的高度发展，多变量微积分成为数学分析联系并应用于其他理论和应用学科的主要渠道，属现代数学中对当代科学技术的新发展比较敏感的部分。传统教材中处理多变量微积分学的观点和体系已显得陈旧和零乱，符号语言也比较冗繁，已不能很好适应当代科学技术的发展水平。有鉴于此，我们对多变量微积分学内容体系进行了系统深入的研究，对传统教材中的内容进行较大力度的成功改革，以全新观点和讲法重构了多变量微积分学教学内容结构，采用了先进的符号体系。主动呼应空间解析几何和线性代数课程教学进度，以距离和极限为主线，以多变量函数可微性和导数（梯度）概念为先导，以方向导数为手段，建立新的本科教学内容体系，克服了传统教材中以偏导数为先导、轻视多变量函数可微性和导数概念而导致的诸多重要问题。多变量积分学内容也采用新的结构和符号体系，采用新的观点和讲法，注重主体思路的简易直观、概念的清晰明了以及学生思维能力和学习能力培养，有利于学生以新的视角理解多变量微积分学的实质。体现内容先进性、体系的新颖性同时，降低认知难度，减轻记忆负担，提高教学效率，将课程学习推向新的理论高度。
　　四、建立严格科学的教学管理和监控体系
　　精品课程建设要有一流的师资，要有专人负责，实行责任制。我们在数学分析课程建设中设立了主持人，建立了一套行之有效的，包括课堂教学、课程讨论、课下自学、辅导答疑、课外讲座、课程考核、课程网站等在内的全方位立体化教学方法，强化课程建设，完善科学严格的课程管理、质量监控和保证体系。引进丰富的中外课程学习参考资料，积累完备的教学档案资料。明确课堂教学、辅导答疑、作业批改、课程考核等各环节质量要求，及时修订教学大纲，积极推进课程考核改革，认真组织实施学生评教制度，在数学分析精品课网站上开展讨论和答疑、展示教学指导资料。课程组高度重视青年教师的培养培训，老教师以身作则、言传身教，对青年教师既提出明确的教学要求，又主动热情帮助他们熟悉教学业务，注重以科研促进教学，开办学术讨论班，定期组织开展教学研讨和交流、优秀课堂教学观摩、老教师听课点评指导、高质量的作业批改方法研讨等，保证了课程教学的高质量。
　　五、发展民族教育是我们义不容辞的责任
　　民族教育是内蒙古大学办学的双重任务之一，处于优先重点发展地位。内蒙古大学少数民族学生占1/3。为提高蒙古民族学生现代数学素质，数学系将中学时用蒙语授课的学生单独编班。我们把数学分析课程研究成果应用于蒙语授课班的教学实践，针对少数民族学生在心理、情感、性格、语言、思维等诸方面的特点，融心理情感教育、思维品格培育、蒙汉英三语于一体，以人为本，因材施教，研究探索了一套面向中小学使用蒙语授课的少数民族学生讲授微积分学的成功方法和途径。针对少数民族学生在中学阶段接受民族语言授课特点，在数学分析教学活动中特别是一年级阶段使用蒙语讲授，结合解释数学概念的规范汉语的基本表述，在总学时不增加前提下，努力使学生平稳过渡到以后的汉语教学环境，使他们在大学高年级阶段便能够直接接受汉语环境的优质高等教育。针对入学起点相对较低的实际情况，贯彻精讲多练原则，发挥少数民族学生朴实、刻苦精神，加大他们自身的训练强度。为处理好照顾蒙语授课学生入学起点相对较低、同时培养一批高水平少数民族人才之间的矛盾，在教学中因材施教，基点放在学生普遍水平的提高，同时对学有所长的学生加以特殊强化培养。
　　六、教学改革成果落实在人才培养质量上，成效显著
　　几年来，我们的教学研究成果已固化到教材中，基于多年教学研究和实践，完成了独具特色的“十五”国家级规划教材《微积分学简明教程》（上、下册），《数学分析基础原理》（内蒙古大学出版社），《多变量微积分学讲义》（内蒙古大学试用教材）。所编著的教材《微积分学简明教程》（上、下册）曾被列入“面向21世纪课程教材”，由高等教育出版社出版，经过进一步较大幅度革新并试用后被列入“十五”国家级规划教材。
　　教学质量稳步提高。富有成效的数学分析学教学，为学生后续的课程学习和发展奠定了扎实基础。培养的学生以扎实的数学功底和优良的数学素质受到北京大学、中科院等国内知名高校和科研院所的欢迎和好评，有的被选定为直读博士或出国深造。应届毕业生升研率显著提高，数理班稳定在60%以上，有的在北京大学数学学院、中科院天文台研究生初试中取得总分第一名的成绩。
　　研究探索了一套面向蒙语授课学生用蒙语讲授微积分学的成功途径，取得了明显成效，使来自农村牧区的蒙语授课少数民族学生在相对较低入学起点上亦获得长足进步，为内蒙古自治区各类蒙古语授课的民族学校培养了大批高素质的少数民族数学人才，部分成为优秀的数学人才。近年来，少数民族学生升研率达到20%，其中有许多少数民族学生攻读国内外知名大学的硕士、博士学位，如学生阿妹（美国华盛顿州立大学博士研究生）、葛根哈斯（中科院计算所博士生）等，为培养少数民族数学人才、提高蒙古民族学生数学素质作出了突出贡献。
　　关于微积分学的论文
　　关于微积分学的理论体系
　　摘要:本文从微分中值定理和积分中值定理出发,沿波讨源,探讨了微积分学的理论体系,特别证明了闭区间上连续函数的三个性质与实数连续性的等价性。
　　关键词:实数连续性定理;等价
　　在F’( x) = f ( x)于闭区间[ a, b ]连续的条件下, F ( x)的微分与f ( x)的积分构成的矛盾,通过微分中值定理和积分中值定理可把矛盾的双方揭示为统一,从而建立了实一元函数微积分的基本定理和基本公式。那么这两个中值定理又是如何建立的呢? 我们沿波讨源,便得到实分析的理论体系,这就是刻划实数连续性的一些定理,即实分析的理论之源。微分中值定理可由下边定理推出(见文献(1) )
　　定理1 若f ( x)在[ a, b ]连续,则f ( x)在[ a, b ]上必有上下界。此定理可由下边定理推出。
　　定理2 若f ( x)在[ a, b ]连续,则f ( x)在[ a, b ]一致连续。
　　下证由定理2推出定理1:
　　取定ε> 0, vδ> 0,对P x’, x’’∈[ a, b ], vδ> 0,使当| x’- x’’| <δ时,恒有| f ( x’) - f ( x’’) | <ε 等分[ a, b ]为
　　n个子区间[ xi - 1 , xi ] ( i = 1, 2, ⋯, n) ,使b - a
　　n
　　<δ( x0 = a, xn = b) ,于是对任一x∈[ a, b ],此x必在[ a, b ]
　　的分成的某个小区间[ xk - 1 , xk ] (1≤k≤n)上。
　　当x∈[ xk - 1 , xk ]时,有
　　f ( x) - f ( a) = f ( x) - f ( xk - 1 ) + f ( xk - 1 ) - f ( xk - 2 ) + ⋯ + f ( x2 ) - f ( x1 ) + f ( x1 ) - f ( a) 当x = xk - 1时,有
　　f ( x) - f ( a) = f ( xk - 1 ) - f ( xk - 2 ) + ⋯ + f ( x2 ) - f ( x1 ) + f ( x1 ) - f ( a)
　　从而当x∈[ xk - 1 , xk ]时,有
　　| f ( x) - f ( a) | ≤| f ( xk ) - f ( xk - 1 ) | + | f ( xk - 1 ) - f ( xk - 2 ) | + ⋯ + | f ( x2 ) - f ( x1 ) | + | f ( x1 ) - f ( a) |
　　≤ε+ε+ ⋯ +ε= kε
　　于是当∈[ a, b ]时,有
　　f ( a) - kε< f ( x) < f ( a) + kε,故定理1真。
　　定理2又可由下边定理推出(见文献(1) ) .
　　定理3 设D是一个开区间集,且D覆盖一个闭区间[ a, b ],则D中必v有限个开区间覆盖[ a, b ]。
　　积分中值定理由下边定理推出(见文献(1) ) 。
　　定理4 若f ( x)在[ a, b ]连续,且f ( a) ·f ( b) < 0,则必v一个实数c∈[ a, b ],使得f ( c) = 0。
　　上边定理又可由下述定理推出(见文献(1) ) 。
　　定理5 若闭区间列[ a1 , b1 ], [ a2 , b2 ], ⋯[ an , bn ], ⋯满足条件:
　　(1) [ an + 1 , bn + 1 ]< [ an , bn ], n = 1, 2, ⋯,
　　(2) lim
　　nv ∞
　　( bn - an ) = 0,
　　则必v一个实数α∈[ an , bn ], n = 1, 2, ⋯⋯
　　在文献(2)中已证明了定理3、定理5以及下边的六个定理它们都是等价的:
　　定理6 有上(下)界的实数集,必有唯一的上(下)确界。
　　定理7 单调有界数列必有有限极限。
　　定理8 任何有界无穷点集都有聚点。
　　定理9 任何有界无穷数列必有收敛子列。
　　定理10 数列{ xn }收敛到有限极限的充要条件是:
　　Pε> 0, v自然数N,当m, n >N 时,恒有| xm - xn | <ε。
　　定理11 把实数集分为适合下列条件的两组A, B
　　(1) A, B 皆为非空集;
　　(2)每个实数或属于A 或属于B ,且仅属于一组;
　　(3) A 中每一数小于B 中每一数;
　　这样的分割记为A |B。则实数的任一分割A |B ,必唯一确定一实数α,它或是A 中最大数,或是B 中
　　最小数。
　　以下证明定理1、定理2以及定理4与上述八个定理也是相互等价的。
　　其实由定理4] 定理11
　　定理11的条件显然等价于条件:《设[ a, b ]是实数集的任一闭区间,则对[ a, b ]的任何分割A |B 都
　　唯一确定一个实数α,它或是A 中最大数或是B 中的最小数。》
　　所谓对[ a, b ]的分割A |B ,是把[ a, b ]中的实数分为满足下列条件的两组:
　　(1) A, B 皆为非空集;
　　(2)每个[ a, b ]中的数,或属于A,或属于B ,且仅属于一组;
　　(3) A 中每一数小于B 中每一数。
　　如果定理11不真,即存在一个[ a, b ]及[ a, b ]的一个分割A |B , 使A 中既无最大数, B 中也无最小
　　数。在[ a, b ]上定义一个函数
　　f ( x) =
　　1, , x∈A;
　　- 1, , x∈B.
　　任取x0 ∈A 且x0 ≠a,因为A 中无最大数,故v x1 ∈A,使x1 > x0 ;因实数稠
　　密,故v x2 ∈A使a < x2 < x0 ,取δ=min{ | x1 - x0 | , | x2 - x0 | } ,则当| x - x0 | <δ时,有| f ( x) - f ( x0 ) | = | -
　　1 - ( - 1) | = 0,从而f ( x)在x0 连续;同理知f ( x)在a连续,故f ( x)在A 连续;仿此可证f ( x)在B 连续;
　　故f ( x)在[ a, b ]连续。又f ( a) ·f ( b) < 0,且对[ a, b ]任一点x, f ( x) ≠0,即得出一个在[ a, b ]连续,端点
　　函数值异号但在[ a, b ]每一点都不为0的函数与定理4矛盾,故定理11真。
　　再由定理1] 定理11:
　　证:若定理11不真,则v一个有界单调增加但又无上确界的数列x1 < x2 < ⋯ < xn < ⋯, xn < a, ( n =
　　1, 2, ⋯) ,将[ x1 , a ]分为两组A 与B ,其中B 为[ x1 , a ]中大于xn ( n = 1, 2, ⋯)的数的全体,其中A 为[ x1 ,
　　a ]中其余数的全体,则A |B 是[ x1 , a ]中的一个分割。显然A 中无最大数, B 为无最小数,在[ x1 , a ]上定
　　义函数;
　　f ( x) =
　　0, x∈B
　　n, x = xn , ( n = 1, 2, ⋯)
　　i +
　　x - xi
　　xi + 1 - xi
　　xi < x < xi + 1 , ( i = 1, 2, ⋯)
　　则f ( x)在[ x1 , a ]连续, 但它又在[ x1 , a ]无界, 与定
　　理1矛盾,所以定理11为真。
　　总上知,上述11个定理是相互等价的,它们相互等价的逻辑框图为:

　　http://www.2000year.com/lunwen/shuxue/200604/1573_2.html

什么是微积分？它是一种数学思想，‘无限细分’就是微分，‘无限求和’就是积分。无限就是极限，极限的思想是微积分的基础，它是用一种运动的思想看待问题。比如，子弹飞出枪膛的瞬间速度就是微分的概念，子弹每个瞬间所飞行的路程之和就是积分的概念
如果将整个数学比作一棵大树，那么初等数学是树的根，名目繁多的数学分支是树枝，而树干的主要部分就是微积分。微积分堪称是人类智慧最伟大的成就之一。从17世纪开始，随着社会的进步和生产力的发展，以及如航海、天文、矿山建设等许多课题要解决，数学也开始研究变化着的量，数学进入了“变量数学”时代，即微积分不断完善成为一门学科。整个17世纪有数十位科学家为微积分的创立做了开创性的研究，但使微积分成为数学的一个重要分支的还是牛顿和莱布尼茨。
从微积分成为一门学科来说，是在17世纪，但是，微分和积分的思想早在古代就已经产生了。公元前3世纪，古希腊的数学家、力学家阿基米德（公元前287—前212）的著作《圆的测量》和《论球与圆柱》中就已含有微积分的萌芽，他在研究解决抛物线下的弓形面积、球和球冠面积、螺线下的面积和旋转双曲线的体积的问题中就隐含着近代积分的思想。作为微积分的基础极限理论来说，早在我国的古代就有非常详尽的论述，比如庄周所著的《庄子》一书中的“天下篇”中，著有“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出“割之弥细，所失弥少，割之又割以至于不可割，则与圆合体而无所失矣”。他在1615年《测量酒桶体积的新科学》一书中，就把曲线看成边数无限增大的直线形。圆的面积就是无穷多个三角形面积之和，这些都可视为典型极限思想的佳作。意大利数学家卡瓦列利在1635年出版的《连续不可分几何》，就把曲线看成无限多条线段（不可分量）拼成的。这些都为后来的微积分的诞生作了思想准备。
17世纪生产力的发展推动了自然科学和技术的发展，不但已有的数学成果得到进一步巩固、充实和扩大，而且由于实践的需要，开始研究运动着的物体和变化的量，这样就获得了变量的概念，研究变化着的量的一般性和它们之间的依赖关系。到了17世纪下半叶，在前人创造性研究的基础上，英国大数学家、物理学家艾萨克·牛顿（1642－1727）是从物理学的角度研究微积分的，他为了解决运动问题，创立了一种和物理概念直接联系的数学理论，即牛顿称之为“流数术”的理论，这实际上就是微积分理论。牛顿的有关“流数术”的主要著作是《求曲边形面积》、《运用无穷多项方程的计算法》和《流数术和无穷极数》。这些概念是力学概念的数学反映。牛顿认为任何运动存在于空间，依赖于时间，因而他把时间作为自变量，把和时间有关的固变量作为流量，不仅这样，他还把几何图形——线、角、体，都看作力学位移的结果。因而，一切变量都是流量。
牛顿指出，“流数术”基本上包括三类问题。

（l）“已知流量之间的关系，求它们的流数的关系”，这相当于微分学。

（2）已知表示流数之间的关系的方程，求相应的流量间的关系。这相当于积分学，牛顿意义下的积分法不仅包括求原函数，还包括解微分方程。

（3）“流数术”应用范围包括计算曲线的极大值、极小值、求曲线的切线和曲率，求曲线长度及计算曲边形面积等。

牛顿已完全清楚上述（l）与（2）两类问题中运算是互逆的运算，于是建立起微分学和积分学之间的联系。

牛顿在1665年5月20目的一份手稿中提到“流数术”，因而有人把这一天作为诞生微积分的标志。
莱布尼茨使微积分更加简洁和准确

而德国数学家莱布尼茨（G．W．Leibniz 1646－1716）则是从几何方面独立发现了微积分，在牛顿和莱布尼茨之前至少有数十位数学家研究过，他们为微积分的诞生作了开创性贡献。但是池们这些工作是零碎的，不连贯的，缺乏统一性。莱布尼茨创立微积分的途径与方法与牛顿是不同的。莱布尼茨是经过研究曲线的切线和曲线包围的面积，运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则的。牛顿在微积分的应用上更多地结合了运动学，造诣较莱布尼茨高一筹，但莱布尼茨的表达形式采用数学符号却又远远优于牛顿一筹，既简洁又准确地揭示出微积分的实质，强有力地促进了高等数学的发展。

莱布尼茨创造的微积分符号，正像印度——阿拉伯数码促进了算术与代数发展一样，促进了微积分学的发展，莱布尼茨是数学史上最杰出的符号创造者之一。

牛顿当时采用的微分和积分符号现在不用了，而莱布尼茨所采用的符号现今仍在使用。莱布尼茨比别人更早更明确地认识到，好的符号能大大节省思维劳动，运用符号的技巧是数学成功的关键之一。