学术发展的起源是因为在不同阶段有不同需要,事实上在微积分的历史中,是先有积分,后有微分。
在古代数学的发展中,从工作需求出发,逐步推导,最后有了积分学。
3000多年前的古埃及,雨水虽然孕育了沙漠的绿洲,但雨下得太大也会让尼罗河泛滥成灾,往往造成土地样貌的改变,此时需要对土地重新测量与规划,为了测量尼罗河河道改变产生的弯弯曲曲的土地,人们发明了类似积分的概念。
为了测量河道边土地的面积,人们使用绳子测量长度,先测量刚好大小的长方形,再测量较小的区块,整个概念如下图所示。
上述方法在数学上称为 穷尽法 (Method of Exhaustion),其实这个方法就是用无穷无尽的逼近去计算结果,如果经过数学推导,这个方法就会和 积分 产生关联。
1.欧多克索斯
古希腊的数学家、医学家、天文学家 欧多克索斯 (公元前408—前355年)曾使用 穷尽法 来计算 面积 与 体积 。
2.阿基米德
古希腊的数学家、物理学家、天文学家阿基米德(公元前287—前212年)利用穷尽法计算球的表面积、球的体积和椭圆面积,后代数学家依据他的概念发展成近代的微积分。
此外,他还证明了下述公式:
美国数学史学家E. T.贝尔在其所著的 Men of Mathematics 一书中,将 阿基米德 、 牛顿 和 高斯 并列为有史以来最伟大的三位数学家。
三国时代魏国数学家刘徽也使用 穷尽法 计算圆面积,其概念是用切割圆的方法计算圆周率,可以参考右图。
从圆的内部正六边形开始,然后逐步加倍,最后计算到正192边形,得到圆周率的近似值: