于是,我们就得到了n个矩形面积之和的表达式:
因为n是矩形的个数,n越大,矩形的数量就越多,那么这些矩形的面积之和就越接近曲线围成的面积。所以,如果n变成了无穷大,我们从“直觉”上认为,这些矩形的面积之和就应该等于抛物线围成的面积。
与此同时,如果n是无穷大,那么这个表达式的后两项1/2n和1/6n²从直觉上来看就应该无限趋近于0,或者说等于无穷小,似乎也可以扔掉了。
于是,当n趋向于无穷大的时候,面积S就只剩下第一项1/3。所以,我们就把抛物线y=x²与x轴在0到1之间围成的面积S算出来了,结果不多不少,就等于1/3。
看完这种计算方法,大家有什么想说的?觉得它更简单,更神奇了,或者其它什么的?大家注意一下我的措辞,在这一段里我用一些诸如“直觉上”、“应该”、“似乎”这种不是很精确的表述。在大家的印象里,数学应该最精确、最严密的一门学科啊,怎么能用这些模糊不清的词来形容呢?
然而,这正是问题所在:不是我不想讲清楚,而是在这个时候根本就讲不清楚。别说我讲不清楚,牛顿和莱布尼茨也讲不清楚,这跟阿基米德用穷竭法求面积时的那种精确形成了鲜明的对比。
使用穷竭法求面积,比如为了得到4/3△ABC,阿基米德就去证明如果它大于4/3会出现矛盾,小于4/3也会出现矛盾,所以你就必须等于4/3。这是非常严密的,虽然操作上麻烦了点,但是逻辑上无懈可击。
但是到了17世纪,我们是怎么得到抛物线与x轴围成的面积等于1/3的呢?我们得到了n个矩形的面积公式:
然后,我们觉得当n越来越大的时候,后面两项1/2n和1/6n²的值会越来越小,当n变成无穷大的时候,后面两项应该就是无穷小。于是,我们就认为可以把它直接舍弃了,所以面积S就只剩下第一项1/3。
但问题是,无穷小是多小?从直觉上来看,不论n取多大,1/2n和1/6n²都应该是大于0的,我们可以直接把0舍掉,但是对于并不等于0的数我们能直接舍弃掉么?这样做的合法性依据在哪里?
相对于古希腊的穷竭法,17世纪这种“统一用矩形来逼近原图形”的想法简单了不少,但同时也失去了一些精确性。虽然它计算的结果是正确的,但是它的逻辑并不严密。逻辑不严密的话,你拿什么保证你今天这样用是正确的,明天我那样用它还是正确的?
想想数学为什么这么令人着迷,为什么《几何原本》至今都保持着无与伦比的魅力?不就是因为数学的血液里一直流淌着无可挑剔的逻辑严密性么?