第20章 微积分的起步

作者:不太聪明的鸭子 更新时间:2025/9/9 21:27:32 字数:2345

莉亚跑回自己的房间,砰地一声关上了门。

她背靠着门板,心脏还在不争气地狂跳。

三定律抛出来了,惯性,作用力,相互作用。

这三块基石足以重构这个世界对力的认知。

但然后呢?

然后就是那个终极问题:天与地。

为什么天上的场衰减剧烈,地上的场却近似恒定?

答案莉亚当然知道。

万有引力。

那个简洁到堪称艺术品的公式,F = G * (m1*m2) / r^2。

力的大小,与两个物体的质量乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。

这个公式能完美地统一一切。

对于行星来说,距离r极大,所以距离的微小变化都会导致引力的剧烈衰减,这解释了“星星的运动规律”。

对于地上的物体,比如从百尺高塔落下的石头,它相对于整个世界半径的距离变化小到可以忽略不计,所以距离r可以看作一个常量。因此,引力也近似为一个恒定值,这就导出了那个恒定的加速度a。

天与地,在这一刻被完美统一。

问题是,这个公式是怎么来的?

它不是拍脑袋想出来的。它是从三大定律和星星运动规律里,通过严谨的数学推导得出的。

而那个推导过程,需要一个至关重要的数学工具。

微积分。

没有极限思想,没有导数和积分,根本无法处理速度和加速度这种瞬时变化量,更不可能从行星的椭圆轨道里反推出引力与距离的平方成反比。

而这个世界,没有微积分。

莉亚烦躁地抓了抓头发。

该死的,牛顿之所以是牛顿,不只是因为他想出了三大定律和万有引力,更是因为他与别人一起造了个叫微积分的数学工具来证明这一切!

而她呢?她只是个站在巨人肩膀上用现成工具的科研狗。

现在,肩膀没了。

她就得自己去当那个巨人。

“造一个出来?”

这个念头刚冒出来,莉亚自己都吓了一跳。

让她从零开始,在这个世界创立微积分?这比写几篇关于运动定律的论文难度高了不止一个数量级。

但她还有别的选择吗?

总不能真的跟克莱因说,这些知识都是我上辈子学的吧?

莉亚站直身体,走到书桌前。这事没得选,只能硬着头皮上了。

为此,她需要一些纸。

莉亚打开门,正好看到阿黛尔端着一盘点心从楼下走上来。

“莉亚?你没事吧?”阿黛尔看到她,关切地问,“刚才看你跑得那么快,我还以为你和导师吵架了。”

“没有,黛尔学姐。”莉亚挤出一个笑容,“我只是……忽然有了一些新的想法,需要记下来。”

“是关于那篇论文的吗?”阿黛尔的眼睛亮晶晶的,“我听马丁说,咒术学派的瓦勒里大师……因为你的论文,精神模型崩溃了。”

莉亚的笑容僵了一下。

“啊?”

“是真的!他们说,瓦勒里大师的头,砰的一声,就没了。”阿黛尔一边说,一边还用手比划了一下,脸上混杂着惊恐和一丝难以言喻的兴奋。

莉亚感觉后背有点发凉。

原来自己的论文,是真的能杀人的。

“那个……大师姐,我能找你要一些纸吗?就是那种练习用的羊皮纸,我需要很多。”莉亚赶紧转移话题。

“当然可以,你要多少?”

“先来一百张吧。”

阿黛尔的动作顿了一下,一百张?那都够一个学徒抄写半本魔药图鉴了。

“好的,你等一下。”阿黛尔没有多问,她到克莱因房间放下点心后便下楼了,很快她就抱着一大叠裁切好的羊皮纸回来了。

“谢谢大师姐。”

“不客气,”阿黛尔把纸放在莉亚的书桌上,“导师说过,你的任何研究需求,都要优先满足。如果不够,随时再来找我。”

关上门,房间里再次只剩下她一个人。

莉亚将羊皮纸铺开,拿起一支羽毛笔,却没有立刻蘸墨水。

她闭上眼睛,开始在脑海中疯狂地搜索前世的记忆。

如何向一个完全没有极限概念的人,解释微积分?

不能直接上定义,什么δ,什么ε,那套语言会把很多人直接劝退。

必须从最直观,最基础的问题开始。

她睁开眼,在第一张羊皮纸的顶端,写下了一个问题。

“我们如何描述变化?”

她想到了一个绝佳的例子。

“一个物体从高塔落下,它的速度在不停地变化。我们能知道它在第一秒和第二秒之间的平均速度,但我们如何知道,它在第一秒末,那一瞬间的瞬时速度?”

这是一个无法回避的问题。

莉亚在纸上画了一条曲线,代表物体下落的距离随时间变化的轨迹。

她在线上取了两个点,A点和B点,分别代表第一秒和第二秒。

她用一条直线连接A和B。

“这条线的斜率,就是第一秒到第二秒的平均速度。”莉亚在图旁边写下注解。

“现在,我们想知道A点那一瞬间的速度。”

“我们可以让B点,沿着曲线,向A点靠近。比如,取1.5秒时的位置。”

她在图上画了一个新的B点,和一条新的连接线。

“这条新线的斜率,就是第一秒到第1.5秒的平均速度。它比之前的那个值,更接近A点的真实速度。”

“如果我们继续让B点靠近A点呢?1.1秒?1.01秒?1.001秒?”

莉亚在图上不断地画出新的连线,那些线围绕着A点旋转,斜率在不断变化。

“当B点无限地,无限地靠近A点,但又不与A点重合时。这条连接线,最终会变成一条只与曲线在A点有一个接触点的切线。”

她用笔重重地画出了那条切线。

“这条切线的斜率,就是物体在A点,也就是第一秒末那一瞬间的,瞬时速度。”

“我把这个过程,这种无限靠近一个目标,去观察最终趋势的方法,称为求极法。”

莉亚写下求极法三个字。她决定先不用极限这个词,而是用更像一种方法的词语来命名。

接着,是积分。

如果说求极法是把东西无限切分,那积分就是把无限小的东西重新组合起来。

莉亚换了一张新的羊皮纸。

她画了一个不规则的图形。

“我们如何计算这个图形的面积?”

她用古希腊数学家的方法,在图形内部画了一个个小小的长方形。

“我们可以用很多个长方形,去填充这个图形。把所有长方形的面积加起来,就能得到一个近似的面积。”

“如果我们用的长方形越多,越窄,这个近似值就越精确。”

“现在,我们再次使用求极法。如果我们让每个长方形的宽度无限地变小,趋近于零。同时,长方形的数量,无限地增多。”

“那么,所有这些无限薄的长方形面积的总和,就会无限地趋近于一个确定的值。”

“这个值,就是这个不规则图形的,精确面积。”

“我将这种,将无限个无限小的量加起来的方法,称为求和法。”

求极,求和。

一个切分,一个累加。

这就是微积分最核心的两块基石。

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