导数的数学史演进

从古希腊到现代的数学发展历程

古希腊时期 (约前300年)

欧几里得在《几何原本》中建立了几何学公理化体系,为后续数学发展奠定基础。

几何作图方法

阿基米德 (约前287-前212)

发展了穷竭法,这是微积分的早期雏形。

\[\text{曲线下面积} = \lim_{n \to \infty} \sum \text{小矩形面积}\]

费马 (1601-1665)

发展了求极值的方法,被认为是微积分的先驱之一。

\[\text{切线斜率} \approx \frac{f(x+h)-f(x)}{h}\]

牛顿 (1643-1727)

发展了流数概念,建立了微积分的系统理论。

\[\dot{x} = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta t}\]

莱布尼茨 (1646-1716)

独立发展了微积分,创造了现代使用的导数符号。

\[\frac{d}{dx}f(x)\]

欧拉 (1707-1783)

系统化了微积分理论,发展了多变量微积分。

\[\frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y}\]

柯西 (1789-1857)

建立了极限的严格定义,使微积分更加严密。

\[\lim_{x \to a} f(x) = L\]

魏尔斯特拉斯 (1815-1897)

建立了现代分析的严格基础。

\[\forall \epsilon > 0, \exists \delta > 0\]

导数的数学定义

\[f'(x) = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x + \Delta x) - f(x)}{\Delta x}\]

常见导数公式

幂函数导数:

\[\frac{d}{dx}(x^n) = nx^{n-1}\]

指数函数导数:

\[\frac{d}{dx}(e^x) = e^x\]

三角函数导数:

\[\frac{d}{dx}\sin x = \cos x\] \[\frac{d}{dx}\cos x = -\sin x\]

应用示例

物理学应用

速度与加速度: \[v(t) = \frac{ds}{dt}, \quad a(t) = \frac{dv}{dt} = \frac{d^2s}{dt^2}\]

经济学应用

边际成本: \[MC = \frac{dTC}{dQ}\]

导数可视化