阿基米德的有限步逼近思想求圆面积

读《微积分溯源》简直太精彩,先写篇短文。

很多人以为,求圆面积必须靠无穷小,极限,微积分,但阿基米德不用无穷,只基于有限步也能锁死无限。他用穷竭法,核心是三点:

  1. 逼近性
    边数足够多,有限(有限是重点)多边形就能任意精度逼近圆,误差想多小有多小,这正是现代 ε-δ 极限的源头;
  2. 上下夹逼
    内接多边形 < 1/2·C·r < 外切多边形,C = 周长,r = 半径;
  3. 双重归谬,用矛盾锁死唯一真值
    这一步最精彩:
    假设圆面积 > 1/2·C·r
    那么两者就有一个固定差值,根据逼近性,一定存在有限边数的内接多边形,误差小于这个差值,结果会推出 "内接多边形 > 1/2·C·r 与 内接多边形永远 < 1/2·C·r" 矛盾。
    假设圆面积 < 1/2·C·r
    同理,用外切多边形也会推出矛盾。
    大于不行,小于也不行,唯一可能就是严格相等:圆面积 = 1/2·C·r = π·r²

全程没有无穷小,没有无穷步,没有实无穷,只用有限推理,就精准算出无限曲线图形的面积。

阿基米德在两千年前,就写下了极限的灵魂,用有限触及无限,加之归谬反证,简直太美妙了。

我最推崇的是逻辑归谬反证的思想,而不仅仅是纯精巧算法,说实话,阿基米德的方法没啥精巧的,远比不上中国古代的算经,但赢在逻辑。

这本书第一章后面还讲了卡瓦列里积分,在解析几何之前完成了精简推导,还有费马积分,托里拆利奇异几何体,都是如此朴素而精彩。

浙江温州皮鞋湿,下雨进水不会胖。

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