函数是高中数学中的一个核心概念.人类对函数的认识经历了一个漫长曲折的过程,由具体到抽象、由模糊到准确,逐步形成一个更加抽象和精确的认识系统.
函数的一般概念虽在17世纪形成,但函数的思想,早在原始社会,伴随着人类的生产也就产生了.例如,中国的结绳计数,就是“一一对应”函数思想的体现.在经历了漫长的岁月之后,人们对函数的认识有了更加具体的体现.在14世纪,法国奥雷斯姆(N.Oresme)运用曲线来表示速率与时间之间的关系,到了17世纪,函数更多的则以曲线形态呈现出来,这就是函数的早期认识形态.
直到1673年,德国数学家、哲学家莱布尼兹(G.W.Leibniz)在他的手稿里最先用“function”一词来表示任何一个随着曲线上的点的变动而变动的量.1692年,他第一次明确给出了函数定义:“像曲线上的点的横坐标和纵坐标、切线的长度、垂线的长度等,这些所有与曲线上的点有关的量,即称为函数.”这时的函数已经蕴含了一种依赖关系.
到1718年,瑞士数学家约翰·伯努利(Johann Bernoulli)打破几何思想的束缚,把函数定义为:“变量的函数是由这个量和常量组成的解析表达式”,即函数就是解析式.这是对函数认识的第一次升华.
瑞士数学家欧拉(Leonard Euler)于1734年,首次使用“f()”来表示函数.为使函数概念适应积分的需要,在经历了一番探究和研究后,他对函数有了新的认识.于1755年他这样写道:“如果某些量以某种方式依赖于另一些量,而当后者改变时它也发生某种变化,则称前者为后者的函数.”这是从“变化说”或“依赖说”来认识函数的,是对函数认识的第二次升华.
法国数学家柯西(Cauchy)对函数的认识是:“对于x的每一个值,如果y都有唯一确定的值与之对应,则y叫作x的函数”.此定义中,把用分段解析式表示的关系式纳入函数定义中,基本上摆脱了“解析表达式”的要求,它侧重于关于变量间关系的认识.也就是说,到18世纪末,人们把函数拓展到了“分段函数”.这是对函数概念进行的第三次扩充.(www.xing528.com)
1807年,法国数学家、物理学家傅里叶(Fourier)发现一个函数可以表示成一个无穷三角级数.1812年,高斯(Gauss)把超几何级数作为函数,其表达式是无穷级数.这就是我们在高等数学中认识的函数:“函数在某点可展开成一个无穷多项式.”
直到1837年,德国数学家狄利克雷(Dirichet)给出新的函数定 义:“如果对于给定区间上x的所有值都对应着完全确定的y值,则称 y是x的函数.至于用怎样的方法建立所指出的对应关系并不重要.”这就是人们常说的经典函数定义,他还给出一个著名函数例子:这是对函数认识的第四次升华.
19世纪70年代,美国维布伦(Veblen,1880—1960)用德国康托尔(Cantor)的“集合论”给出了近代函数的定义.此定义打破了“变量是数”的限制,强调对应关系的存在性,也就是高等数学中所指的“泛函”,它使函数的概念更为抽象,更加完备.这实现了对函数概念的第五次扩充.
20世纪中叶,“函数就是一种关系”是对函数更广泛的认识,这是对函数认识的第六次升华.
综上所述,历经三百多年,对函数的认识,大体经历了:“图像”→“解析式”→“依赖说”→“对应说”→“关系说”,同时也适应了数学学科自身的发展要求和社会科技发展需求,展现和凝聚了无数数学家们的科研成果和智慧.
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