一个数学爱好者眼中的高等数学

先说明一下,本人勉强可以算是一个数学爱好者,只是在二十多年前大学时学过一点高等数学——而且是非数学专业的高等数学——所以肯定水平很低,这篇文章只是自己的一些思考,而且只涉及一些简单的微积分和线性代数。
数学,发展到了高等数学阶段以后,可以说是“开了挂”,很多原来解决不了的问题都迎刃而解了,而且高等数学对很多问题的看法也和初等数学不一样,于是就有人说,不要管初等数学了,来搞高等数学吧。我并不是反对这种说法,但是我要补充两句,那就是,初等数学学不好,是没法学高等数学的,而高等数学也没那么神秘。
先说第一句。我能想到的最直接的例子就是导数公式,比如 的导数是什么?怎么推导?这里需要用到和差化积公式,算不算是初等数学?另外一个例子则是二阶常微分方程,在解法上和一元二次方程关系密切,而后者是典型的初中知识。不仅如此,我们还需要初等数学对代数式进行各种处理。比如说,当我们要对三角函数或者分式函数积分的时候。类似的例子当然还可以举出很多,我再说个小故事吧,这是件实事:我高中第一次月考前同学们问数学老师要考什么,老师幽了一默:“学过的都考,嗯,要不要考因式分解呢?”谁都知道因式分解是初中知识,但是高中为什么要考?还不是因为某些地方会用到。这个道理在学高等数学的时候同样适用。
下面再说高等数学不神秘。很多人感觉线性代数很难,其实在我看来,这就是普通的平面(和立体)坐标系里相关知识的 进一步推广。其中至少平面坐标系是我们在中学早就熟悉了的,也早就用来研究各种几何问题了。如果你在学线性代数的时候,脑子里有平面坐标系作例子,能够时刻注意到二者的联系和区别,是不是感觉就容易多了呢?说到底,你所觉得的“难”,是因为你只停留在教材原文上,始终在一大堆定义、性质的文字叙述里打转转。记得华罗庚老先生曾经要求大家读书的时候要把书“从薄读到厚再从厚读到薄”,这里的“从薄读到厚”就是说你要带着具体例子去理解教材。再以二项式定理为例,如果你仅研究正整数指数的情况,那仅用排列组合的知识就可以了,可是如果你把它引申到任意指数,那就开启了“泰勒展式”的大门,而据说,当年牛顿等人研究微积分的时候,二项式定理曾经是个重要的工具哩。
有人也许会说,你举的这些例子都太浅了,但是,即使再高深的东西都是由浅入深逐步发展而来的。我再举一个完全是初等数学的例子。好像现在初中都不讲余弦定理了?但其实只要学生学过勾股定理,而且了解任意角的三角函数定义,是很容易自己推出公式的。这是二者相联系的一方面,而另一方面,余弦定理比勾股定理适用范围要广得多,威力大得多,而且这里的关键思想——由锐角推广到任意角的三角函数——学生不容易想到,即使你直接告诉学生了,学生也不容易想到要推广勾股定理——除非你给学生出一道要求用字母计算斜三角形的题目。我的意思是,高等数学和初等数学之间的关系,很多时候也像余弦定理和勾股定理的关系,往往关键的进展只有一步,但这一步往往很难,这就是教材和老师的作用了。

作者: 刘瑞祥, 原文自 blog.sina.com.cn/s/blog_b2ad877f0102yx5j.html, [遇见数学] 授权微信发布.

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