“无限小”的计算法,这真可以算得是一件宝货,你在数学的园地中走去走来,差不多都可以见着它。
在几何的院落里,特别可以看出它是怎样地玲珑。老实说,几何的院落现在这般地繁荣美丽,受它的恩赐很不少。牛顿把它发现了,莱布尼茨也把它发现了。但是他们俩并没有打过招呼,所以各人走的路也不同。莱布尼茨是在几何的院落里玩得兴致很浓,想在那里面加上些点缀,为了要解决一个极有趣味的问题,才发现了“无限小”这宝货,而且将它尽量地玩弄。
你在几何中,“切线”这一个名字,总不知碰见它过多少次了。所谓切线,照通常的说法,就是和一条曲线除了一点相挨着,再也不会和它相碰的那样一条直线。莱布尼茨在几何的园地中,津津有味地所要解决的问题就是:在任意一条曲线上的随便一点,要引一根切线的方法。有些曲线,比如圆或椭圆,在它们的上面随便一点,要引一根切线,这个方法学过几何的人都已知道了的。但是对于别的曲线,依了样却不能就把那葫芦画得出来。究竟一般的方法是怎样的呢?在几何的院落里,曾有许多人想找出打开这道门的锁匙,但都被它逃走了!
和莱布尼茨同时游赏数学的园地,而且在里面去加上些建筑或装饰的人,曾经找到过一条适当而且开阔的路去探寻各种曲线的堂奥:笛卡尔就在代数和几何两座院落当中筑了一条通路,这便是挂着“解析几何”这块牌子的那些地方。
依了解析几何的方法,数学的关系可用几何的图形表示出来,而一条曲线也可以用等式的形式去记录它。这个方法真有点神异,是不是?但是仔细追根究底,却非常简单,到了现在,我们看着简直是很平淡无奇了。然而,这条道路若不是像笛卡尔那样的才能是建筑不起来的!
要说明这个方法的用场,我们也先来举一个顶顶简单的例子。
你取一页白色的纸,钉在桌面上,并且预备好一把尺子、一块三角板、一支铅笔和一条橡皮。你用你的铅笔在那纸上作一个小黑点,马上就用橡皮将它擦去。你有什么方法能够将那个黑点的位置再找出来吗?你真将它擦到一点痕迹都不留,无论如何你再也没法去找回它来了。所以在一页纸上,要定一个点的位置,这种方法非常重要。
要定出一个点在纸面的位置的方法,实在不止一个,还是选一个容易明白的吧。你用三角板和铅笔,在纸上画一条水平线OH和一条垂直线OV。假如P是那位置应当确定的点,你由P引两条直线,一条水平的和一条垂直的(图中的虚线),这两条直线和前面画的两条,比如说相交在a点和b点,你就用尺子去量Oa和Ob。
设若量了出来Oa等于3厘米,Ob等于4厘米。
现在你把所画的P点和那两条虚线都用橡皮擦了去,只留下用作标准的两条直线OH和OV,这样你只需注意到Oa和Ob两距离。P点就可以很容易地再找出来。实际就是这样做法:从O点起在水平线OH上量出3厘米的一点a,再还是从O点起,在垂直线OV上量出4厘米的一点b。跟着,从a画一条垂直线,又从b画一条水平线。你是已经知道的,这两条线会相碰着,这相碰的一点,便是你所再要找的P点。
这个方法是比较简便的,但并不是独家经理的唯一无二[7]的方法。这里用到的是两个数,一个垂直距离和一个水平距离。但另外选两个适当的数,也可以把平面上一点的位置确定,不过别的方法都没这般平易罢了。
你在平面几何上曾经读过一条定理,说不平行的两条直线若不是全相重合就只能有一个交点,你总还记得吧!就因这个缘故,所以我们用一条垂直线和一条水平线,所能决定的点只有一个。依了同样的方法,用距O点不同的垂直线和水平线便可决定许多位置不同的点。你不相信吗?就用你的三角板和铅笔,胡乱画几条垂直线和水平线来看一看。