小到汽车座椅的设计,大到人造卫星的发射,在现代科技飞速发展的今天,几乎处处都能看到微积分的身影。在许多重大科技成果的背后,微积分都发挥着至关重要的作用。可以说没有微积分,就没有整个现代科学。
一说起微积分,谈到数学科普,已进入耄耋之年的林群就像回到了年轻时代,浑身充满了激情。林群从事微积分研究,曾获得1989年中国科学院自然科学一等奖,身为中科院院士的他,主动接受一名中学生来修改他的文章,被人亲切地称为“微积分爷爷”。 ▲ 林群的微积分卡片 那么到底什么是微积分?微积分是如何诞生发展起来的?微积分推动了哪些前沿科技领域的创新突破?科普中国,科技前沿大师谈,中国科学院院士,中国科学院数学与系统科学研究院研究员林群,带你认识微积分的前世今生。 微积分是什么 微积分是微分学和积分学的总称,简单来说,微分的过程就是把一个事物分成无数个极小单元,积分就是把无数个极小单元整合为一体的过程。 当我们用微积分的方法求一个圆形的面积,就是可以把圆形看做由无数个小三角形组成的多边形。圆被分解成小三角形的过程是微分,所有小三角形加起来求圆形面积的过程是积分。这一数学方法早在公元前3世纪,阿基米德的著作中就有记载了。 微积分的基本定理
微积分诞生的意义 直到17世纪,微积分开始逐渐发展成一门独立的学科,牛顿和莱布尼茨明确地论述了微分和积分的概念和相互关系,建立起一整套有效处理变量问题的数学方法,这成为微积分的诞生的重要标志,而微积分作为变量数学的开端,也成为高等数学和初等数学的重要分界点。 ▲ 和学生谈论微积分 “微积分爷爷”的科普理念 林群一生,有过无数次的计算和试验,他曾通过数学方法:内部结构的优化和新算法的推出,将误差降到最小,这个方法还被用到核电站和堆石坝的计算上。因此,他获得了1989年中国科学院自然科学一等奖。林群后来将更多的精力花在科普上,是受到华罗庚曾提出的“0.618”这个数字的启发和影响。 一次林群打出租车去开会,司机得知他是做数学的,就脱口而出“0.618”。0.618是黄金分割点。华罗庚的科普文章不仅受到普通老百姓的欢迎,还受到当时的国家领导人的盛赞。林群深深地为这样高水平的科普工作所折服。这激励着他更好地从事科普工作。林群希望把高深的数学原理用浅显的方法表达出来,带着这个初衷,近二十多年时间里他坚持从事科普事业。
微积分的发展和应用
▲正在讲授微积分的林群院士 如今,微积分的方法已经广泛应用于材料科学、工程实验、武器研制等前沿科技领域,很多繁琐、复杂、危险的科学验证,通过微积分的方法进行模拟实验,不仅可以控制成本,而且能够极大的提高实验效率。
微积分的应用,其实早已渗透到我们生产生活的方方面面,让更多的年轻学子了解微积分、掌握和应用微积分的思想和方法,已经成为林群院士的最大心愿。 ▲ 正在给学生及家长讲课的林群院士 如今,林群已是82岁高龄,但当年做科普的初衷却没有变。他说:“虽然我做的是很普通的科普工作,但是我放不下。”“我希望,在我90岁的时候,能让微积分普及到中小学生、他们的家长:工农商兵,甚至文艺界人士,使后者也像托尔斯泰那样利用微积分写小说。” 随着大众创业、万众创新时代的到来,82岁高龄的林群老人依然醉心于我国的科普事业,并决心为之付出毕生精力。 |
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