变量运算研究
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变量运算研究 (问天老人著)
人类其所以有今天的繁荣与进步,最重要的是得益于科学研究。 数学是科学研究的万能工具、是科学的科学,然其有效部分现仅初等部分而已。 现行高等数学因致命的缺陷,几乎成为一门闲置学科。 本书指引您来到一片科学的新大陆,那里有一座可以使人类受益无穷的数学宝藏,正在等待着您去挖掘、去利用。 谁是21世纪最伟大的数学家?谁是21世纪对人类贡献最大的科学家?尊敬的读者!也许他就是您!!! 1 问天老人肖像(摄于2010年) 2
变量运算研究 目 录 第一章: 问题的提出 „„„„„„„„„„„„„„(5) 第二章: 用幂函数描述相关变量 „„„„„„„„(15) 2-1 提取配算依据 „„„„„„„„„„„(15) 2-1-1 对计算依据的有关规定 „„„„„„(15) 2-1-2 实验点的选择 „„„„„„„„„„(17) 2-1-3 实验点的多少 „„„„„„„„„„(19) 2-1-4 实验点的疏密 „„„„„„„„„„(20) 2-2 幂数列高阶增长定理 „„„„„„„„(22) 2-3 标准幂数列首数表 „„„„„„„„„(24) 2-4 将自变数列的首项调整为0 „„„„„(25) 2-5 幂函数的系数与其数列的关系 „„„„(29) 2-6 单项幂通式的求法 „„„„„„„„„(32) 2-6-1 标准幂数列单项幂通式的求法 „„„(32) 2-6-2 一般单项幂通式的求法 „„„„„„(34) 2-7 多项幂通式的求法 „„„„„„„„„(40) 2-7-1 解题的思路 „„„„„„„„„„„(40) 2-7-2 因变数列分离法 „„„„„„„„„(43) 2-7-3 首数列分离法 „„„„„„„„„„(69) 2-8 近似幂通式的配法 „„„„„„„„„(90) 2-9 幂通式是如何描述变量的 „„„„„(126) 第三章: 幂函数的微分运算 „„„„„„„„„„(135) 3-1 微分公式的改善 „„„„„„„„„ (135) 3-2 幂函数的微分运算方法 „„„„„„ (141) 3-2-1 代数推导法 „„„„„„„„„„„(141) 3-2-2 自变量变换法 „„„„„„„„„„(143) 3-2-3 增量递减法 „„„„„„„„„„„(169) 3
3-2-3-1 提取计算依据 „„„„„„„„„(169) 3-2-3-2 相关问题、规定与说明 „„„„„(173) 3-2-3-3 例题的计算 „„„„„„„„„„(175) 第四章: 幂函数的积分运算 „„„„„„„„„(189) 4-1 逆向推导法 „„„„„„„„„„„ (189) 4-2 割距递减法 „„„„„„„„„„„ (212) 4-2-1 积分公式的改善 „„„„„„„„„ (212) 4-2-2 对计算依据的相关规定 „„„„„„(215) 4-2-3 确定预先自变数列的公差h „„„„(216) 4-2-4 确定微分分割的水平数m „„„„„(217) 4-2-5 例题计算 „„„„„„„„„„„„(218) 第五章: 三角函数纠错 „„„„„„„„„„„(228) 5-1 三角函数定义的完善 „„„„„„„ (228) 5-2 正弦函数的原形及其相关的微积分公式 „ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(230) 5-3 独特的割线求导法 „„„„„„„„ (233) 5-4 正弦函数的变形及其导函数 „„„„ (239) 第六章: 一般变量的运算 „„„„„„„„„„(242) 6-1 非均匀取点变形法 „„„„„„„„ (242) 6-1-1 解题的思路 „„„„„„„„„„„(242) 6-1-2 均匀取点、非均匀取点及取点函数„„(244) 6-1-3 非均匀取点及其变形效果 „„„„„(246) 6-1-4 四种常用函数的判别及其最佳取点函数 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(246) 6-1-4-1 四种常用函数的判别 „„„„„„(246) 6-1-4-2 四种常用函数的最佳取点函数 „„(248) 6-2 分区近似降次法 „„„„„„„„„ (248) 6-2-1 分区近似降次的思路 „„„„„„„(249) 6-2-2 分区近似的降次效果 „„„„„„„(249) 4
6-2-3 数据误差的引响与对策 „„„„„„(252) 6-2-4 如何克服互相抵触的两对矛盾 „„„(253) 6-2-5 高阶分析数阵 „„„„„„„„„„(254)
6-2-3 如何确定分区的大小 „„„„„„„() 第七章: 相关定理及问题的证明 „„„„„„„() 7-1 幂数列高阶增长定理的证明„„„„„() 7-2 关于有穷数列有无穷多通式的证明„„() 7-3 关于修改幂定义的想法 „„„„„„„() 附件一: 标准幂数列表(前11行的前11列)„() 附件二: 标准幂数列首数表(前10行)„„„„() 5
第一章 问题的提出
我是一个自然科学爱好者,毕一生之精力要为人类作点贡献。变量运算是本人研究的一个重要方面,并为此耗费了近50年的精力,本文主要介绍本人在这方面的研究结果,希望它能起到抛砖引玉的作用。 人类其所以有今天的繁荣与进步,最重要的是得益于科学研究。其实,所谓的科学研究,无非就是要找出现实世界中各种事物的变化规律,以达到趋利避害的目的。所以,任何科学研究,只要我们找出了相关变量之间的变化规律(函数公式),那么,其它问题也就变成了解方程。因此,我们可以说,数学是科学研究的万能工具,是科学的科学,任何科学研究都可以主要依靠数学来完成。可惜的是,现今的数学还不能完全担当起这一任务。 众所周知,现实世界中的一切事物,无不可以赋之以量的概念,然,量有常量和变量之分,现今的数学,解决常量问题的方法比较成熟,而真正能够解决现实世界中变量问题的方法,几乎可以说是还没有。 提到变量运算,凡接受过高等教育的人都会想到那个令人敬畏的高等数学。据认为,它是专门处理变量问题的数学。众所周知,现实世界中的一切事物,无不处在运动变化之中。我相信,变量问题是人们经常要遇到的问题。因此,高等数学应当有很高的应用几率才对。可事实却并非如此,本人曾调查过一些学过高等数学的人,问他们“是否应用过高等数学”,他们的回答都是“从来没有应用过”;还有一位数学教授问他的学生:“高等数学有那些用途”?一位学生回答说:“到现在为止,我还看不出高等数学有什么用途”。出现这种情况,根本的原因有两个。 1 高等数学虽列出了一些典型函数(变量)的运算(微积 6
分)公式,但是,如果你不知道原变量(运算对象)的函数公式,这些运算(微积分)公式也就毫无用处,可惜的是,数学上乞今为止,还没有真正能够求(配)变量(函数)公式的一般性方法。另外,现实世界中,属于典型函数的变量非常罕见。所以,现高等数学几乎成为一门闲置学科。 2 现高等数学主要依靠“极限理论”来支撑。对此,我们可以分两个方面来说。其一,“极限理论”所指出的,只是一条解决问题的思路,要按照这一思路去解决问题 还必须要有实现这一思路的数学方法。打个比方说,你想要到火星去,那么,你必须要有能够到达火星的交通工具。其二,根据“极限理论”所进行的所谓推导,其实只是一种“是似是而非,掩盖无能的诡辩”。这无异是说:“你想要到火星去,于是你便来到了火星上”。因此,我们可以说,现行高等数学中的“极限值”,其实只是猜测。缺少真正能计算出“极限值”的数学方法,这是现高等数学的又一至命缺陷。 3 三角函数是数学的一个重要分支,也是高等数学最重要的内容之一。然而,不但三角函数的微积分公式是错误的,就连它的定义也存在一个至命的漏洞。 针对高等数学的至命缺陷,笔者进行了如下方面的研究。 1. 寻找描述变量的基本函数系统。这里所说的“描述”就是“代表”的意思。对变量进行数学描述,这是实现变量运算的第一步。没有这一步,变量的一切运算都将无法进行。对于这一点,就是常量运算也是如此,只不过,常量可以用一个特定的常数来描述,而变量则必须用函数来进行描述。幂函数是人类最为熟悉,也是使用最为方便的一类函数,从理论上说(即不考虑计算工作量的问题,假定我们可以配出无穷多项式),用幂函数可以配出任何数列的通函(项)公式。所以,我们选择幂函数作为描述变量的基本函数系统(就象我们选择10进制计数作为基本计数系统一样)。在遇到无法或者难于确定函 7
数公式的变量时,我们都可以为它配一个幂通式(我们可以使配出的通式与参加配算的点绝对相符,但我们不能保证所配通式与未参加配算的点绝对相符。所以,严格的说,所配通式有可能只是近似通式。但只要采取必要的措施,是能够将精确度提高到满足应用要求的。就象我们用有理数近似无理数一样)。 2. 用幂函数描述现实世界中的变量(即为现实世界中的变量配幂函数通式,以下简称通式)。现已找到的有效方法有《行列式法》、《因变数列分离法》和《首数列分离法》三种。该三种方法均可达到与参加配算的数据绝对相符的效果。但《行列式法》计算工作量太大、太复杂,所以,本书中将不会进行介绍;《因变数列分离法》和《首数列分离法》,不但计算工作量少,而且其计算仅限于+-×÷法。如用《首数列分离法》配一个2次3项幂通式(即抛物线公式),仅进行4次加或减法运算、一次除法运算。这比大学数学教材中的《最小二乘法》(仅限配抛物线公式,还不能保证与参加配算的数据绝对相符,严格的说,更本不能算是数学方法)简单多了。 3. 在三角函数方面,不但补正了它定义上的漏洞,还引入了原形与变形两种不同的概念,并重新给出了三角函数的微积分公式。 4. 寻找真正能计算出“极限”值的数学方法,这是变量运算的关键所在。笔者认为,人类对于变量运算的认识,尚处在蒙昧阶段,现行高等数学根本就没有看到变量运算与常量运算的异同之处。其理论和技术上的困难,其实就是因为用常量运算的观点和方法去理解和解决变量问题的结果。因此,笔者根据变量运算的特点,在原函数)(xf(根据变化量求变化速度时,原函数是变化量函数;反之,根据变化速度求变化量时,原函数是变化速度函数)与变量运算的目的值(即所谓的“极限”)之间,导入一个预先函数)(xf,这样一来,