定積分的發(fā)展史和應(yīng)用

胡楠

摘 要：本文通過介紹定積分的發(fā)展歷程闡述了定積分的基礎(chǔ)——極限思想的發(fā)展，使我們了解到一個偉大定理的誕生需要多少細微理論的推動。最后，概述了定積分的定義，并從面積和微元的角度介紹了定積分的幾個應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：定積分；極限；幾何；物理

1 歷史背景

赫爾曼·漢克爾曾說，在大多數(shù)科學(xué)里，一代人要推倒另一代人所修筑的東西，一個人所創(chuàng)立的要被另一個人取代，只有數(shù)學(xué)，每一個人都能在舊體系上增加一點色彩。微積分學(xué)作為數(shù)學(xué)的一個重要的分支，其發(fā)展史正印證了這句話。

現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析理論體系中，定積分的規(guī)范定義要基于極限論，這和歷史并不一致。在人類對微積分的認識初期，積分問題和極限問題是平行發(fā)展的。

1.1 定積分問題的提出

積分思想起源于古希臘，古希臘科學(xué)家安提風(fēng)呈現(xiàn)“窮竭”的方法，然后在公元前三世紀，阿基米德發(fā)展了該方法，他在著作中提到了面積和體積的測量：圓拱，球和球帽、螺線盤旋3類面積問題和共軸的旋轉(zhuǎn)雙曲面與圓柱交集體積的問題。這是積分思想最初的樣子。

1.2 建立極限與積分的聯(lián)系

（1）1615年開普勒在《酒桶的立體幾何》中提出了利用求無數(shù)個小圓柱體積之和求旋轉(zhuǎn)體體積的方法，他是是第一個在求積問題中用通俗的語言提出無窮大，無窮小概念的科學(xué)家，可以認為是歷史首次讓“積分論”與“極限論”開始出現(xiàn)交集。

（2）首個用極限思想真正解決導(dǎo)數(shù)與積分問題的科學(xué)家波爾查諾，但他仍然沒有清楚地將極限的本質(zhì)呈現(xiàn)出來，仍然沒有將極限的基本概念解釋清楚。直到19世紀，法國科學(xué)家柯西結(jié)合前輩的思想進一步較完整地闡述了極限的概念，對變量，極限，連續(xù)，收斂等給出了明確的定義，微積分長期糾纏在基礎(chǔ)問題上的局面終于被打破，為微分學(xué)和積分學(xué)提供了嚴謹?shù)睦碚摶A(chǔ)，形成了以極限論為核心的函數(shù)理論，經(jīng)后人稍加豐富，就成了現(xiàn)在嚴謹?shù)臄?shù)學(xué)分析學(xué)。

（3）1893年法國數(shù)學(xué)家若爾當(dāng)在自己的著作《分析教程》中首先提出了集合的測度論，后人為紀念他，將這個雖然存在不少缺陷，但啟發(fā)意義很重大的理論稱為若爾當(dāng)測度論。1898年法國數(shù)學(xué)家博雷爾在若爾當(dāng)測度論基礎(chǔ)上引入了“σ-代數(shù)”概念，這是基于集合可測性的實分析理論的雛形。勒貝格注意到了這套有重大缺陷理論中的深刻思想，通過建立“勒貝格測度論”，成功地開創(chuàng)了自己的一套積分理論，將積分的研究對象推廣到所謂“可測函數(shù)”，解決了“不可積函數(shù)”大量存在的狀況，至此，數(shù)學(xué)家們很少再碰到“不可積的函數(shù)”，勒貝格測度與積分理論經(jīng)后人稍加豐富變成了現(xiàn)在的實分析（也叫實變函數(shù)）。

2 定積分的應(yīng)用

2.1 定積分的定義

定義1（黎曼型積分）：對于定積分來說，若積分區(qū)間[a，b]、分點a=x0參考文獻

[1]李立真.定積分在物理中的簡單應(yīng)用[J].學(xué)周刊，2015，（7）：112.

（作者單位：下關(guān)第一中學(xué)）