数学经典故事——小数点的故事
小朋友们，你们喜欢听故事吗?今天我来
给大家讲一个发生在数学王国里的小故事。
一天，数学王国的五个小伙伴1、2、3、4、在一起玩。数字1说:“要表示数呀，还是靠我们四兄弟。”数字2、3、4也跟着说:“就是嘛，小数点呀，你最没用了。”说到这儿，小数点不服气了，“谁说我没用了，我的作用可大呢!我可以把一个数想变大就大，变小就小。不信，你们四个随便排列组成一个数。”四兄弟不知小数点葫芦里卖的什么药，但还是听话的排成了一队，组成了这个数字。这时，小数点，得意洋洋地说:“现在不准你们调动位置，也不准再添加或减少数字，你们能改变这个数的大小吗?"四兄弟你看看我，我看看你，没了办法。“你不准我们添加数字，也不准我们减少数字，还不准我们调换位置，我们当然不能改变这个数的大小了。你能吗?"小数点得意地说，我当然行了。四兄弟大笑:“哈哈，别吹牛了，现在这个数的大小没改变呀。”小数点不紧不慢地说:“别急嘛，好戏还在后头呢。瞧我的!”这时，小数点不紧不慢的站在了两个数字的中间，小朋友们，你们说，现在数字的大小改变了没有呀?
小朋友们，从这个故事中，你知道了什么?
靠女神托梦成就的数学家，这个印度人的故事，又一次让外面知道啥叫开挂
今天要介绍的是这位印度的著名数学神人——斯里尼瓦瑟·拉马努金。
剑桥大学三一学院，英国皇家学会会员、世界最顶尖的数学家哈代，一直到他的晚年，有人问他这辈子最大的成就是什么，哈代答——发现拉马努金。
拉马努金是谁呢？
1887年12月2日，拉马努金出生在印度一个没落的婆罗门家庭，爸爸是个会计，工资微薄，母亲无业，在家里做点杂活。
怎么形容他家呢，大概就是穷困潦倒——电影里那种衣衫褴褛、踩着破草鞋的可怜小孩就是他的真实写照。
7岁时，他被送到贡伯戈纳姆中学，一入学，他就开始展现自己惊人的数学天赋。
10岁前，他凭着自己的力量算出了地球赤道的长度。。。
12岁时，高年级的同学借给他一本数学家朗内写的《平面三角学》，在很短的时间里他就完全读懂了整本书，做出了书中所有的问题，还独立推导出了欧拉公式：
在他14岁时，不同寻常的事情又发生了——那个同学又给了他一本英国数学家卡尔写的《纯粹数学与应用数学概要》。
他打开这本书，发现里面有5000多个复杂的数学公式躺在那里，只写出了结果，而没有给出证明过程。
就在这时他发现，很多公式自己扫一眼，脑海中就能浮现出证明过程。
（扫一眼。。。）
要知道，这个时候的他距离第一次接触数学只有4年而已！而学校也只教过他最简单的数学运算。
（ps.就算老师讲的是个毛线，学霸也能把它织成毛衣...）
后来，他上了贡伯戈纳姆公立大学初级文科班，还拿了奖学金，可以说生活开始变好了。
然而，由于拉马努金对数学过分迷恋，把学习其他课程的时间都花费在数学上，最后考试失败，不能升到高级班，奖学金也没了。
而这又导致了后面一系列学习上的失败，他只好辍学出来工作。（这个例子可以告诉娃们，天才偏科也会导致辍学啊，更不要说普通人了！）
不过，辍学的拉马努金并没有放弃数学。
接下来，我们要进入玄学的领域，请大家扶好坐稳！
拉马努金出生于婆罗门家庭，他地信仰婆罗门教，他宣称他的家族女神纳玛姬莉会给他数学上的灵感。
怎么给他灵感呢，做梦！
不要以为我在骂人，我说的是真的做梦。
他每天晚上睡觉的时候都会梦到娜玛卡尔女神：
在梦里，娜玛卡尔女神给让他既兴奋又快乐，醒来以后，他脑子里就会充满各种各样的公式！
每天清晨，他都要赶快拿出笔记本，把冒出来的公式记下来！
由于笔记本这种奢侈品他家买不起，所以每次女神给他恩惠的时候，他只把最终得出的最简化的公式抄到本上。
从那以后女神每天都出现在他的梦里给他灵感，几年下来，他记了600多页笔记，得到了3900个复杂的公式！
这些公式的样子是酱婶的：
还有酱婶：
这就相当于爱因斯坦什么都没干，一觉醒来就得出了E=MC平方的质能方程；
相当于牛顿在苹果树下睡了个午觉，醒来就写下了三大运动定律。。。
然而最可怕的不是这些公式，而是没有人能理解他的公式！
正常人推导出一个公式，往往是遵循一定的规律，一步一步得出答案，而拉马努金往往是没有过程，直接脑子里冒出一个结果，他自己都不知道怎么来证明它们！
由于当时印度的数学水平很落后，上小学的时候，他的同学就说“我们，包括老师在内，完全不能了解他”，不光是不能了解，甚至觉得他是痴人说梦，为此拉马努金受了不少嘲讽。
其实这很容易理解，一道连数学老师都需要解十几步才能得出答案的数学题，拉马努金直接就可以把答案写出来，完全让人如坠五里雾，即便是他成年之后的数学家朋友们也总是抱怨他——大哥，能不能放慢你的脚步，我们跟不上啊！
操纵数字对于拉马努金来说，就像是呼吸一样的自然行为。
在朋友的鼓励下，1913年，他把自己成果中的一小部分寄给英国的两个著名数学家, 结果这两人都没有搭理他，他才再次鼓起勇气把信寄给了哈代，于是，就有了文章开头那一幕。
哈代当时在英国声名斐然，是英国最杰出的数学家，然而拉马努金的公式还是让哈代一脸懵逼，他认为拉马努金的公式完全打败了他，于是回信力邀拉马努金到剑桥工作。
一番波折，拉马努金终于去了。
然后哈代发现了更令他惊讶的事情——拉马努金几乎没受过任何像样的数学教育！许多常识性的数学知识他都不知道！
是的，他学数学，全靠自学。。。
拉马努金把他那本牛逼的神启笔记本拿给哈代看，哈代从头到尾看完后差点跪了——
笔记本里记录着整个欧洲数学史上几乎所有的重要的数学公式，而这只占了三分之一，剩下三分之二，是他完全没有见过大开眼界的全新公式！
哈代感慨道：他一个人战胜了整个欧洲数学界，他是超越整个世纪，1000年也遇不到的数学奇才！
两人的合作开始了，他和哈代一起发表了29篇重要的论文，为数学界做出了巨大的贡献。哈代将之描述为：“我一生中最浪漫的事件”。
哈代和拉马努金
在两个人合写的论文中，其中有一篇震惊了整个数学界，这篇论文为困扰了数学家几个世纪的整数分拆，提供了一种可靠的计算方法。
正是因为这篇论文，年仅30岁的拉马努金被评选为英国皇家学会会员，成为有史以来最年轻的会员。（对于任何科学家来说，能够当选皇家学会会员都是至高的荣誉。）
由于过度投入研究工作，也可能是慧极必伤，再加上信教的拉马努金只吃素，他的身体每况愈下。
1917年，他因劳累过度病倒，在英国最后两年，拉马努金长期处在病痛之中。但这一点也没有影响他的数学智慧。
《知无涯者》剧照
有一次，拉马努金又病倒了，哈代乘坐一辆出租车看望他，当他俩谈到出租车的号码时候，哈代说:“号码1729，毫无规律、相当单调，但愿它不是个不幸的兆头。”
拉马努金立刻回答:“不，这个数字有趣得很！它既是1的立方与12的立方之和也是9的立方与10的立方之和，而且有两种表达方式的数之中，1729是最小的。”
（求哈代的心理阴影面积）
后来这类数称为 “的士数”。
然而这次对话成为了两人最后的故事，拉马努金很快就去世了。
临终前，他最后一次梦到了他的女神，并且用手写下了最后一个数学公式：拉马努金θ函数。
这个公式让同时代所有的数学大师都看傻了，大家都理解不了，只能猜测它估计是某种神秘的函数。
直到近百年之后的2012年，这个谜团才被揭开。
科学家们说，这个公式对黑洞行为的研究具有帮助，要知道在100年前，拉马努金写下这个公式的时候，人类还根本不知道黑洞是啥！
后来，随着人类科技的进步，科学家们发现他那些令人费解的公式对现代人工智能、粒子物理、统计力学、计算机科学、密码技术和空间技术等不同领域都起着相当重要的作用！
他的数学公式引领了人类科学进步100年，有人说，他是上帝为了提升人类数学水平而被派往凡间的强化补丁！
现在，他的很多公式都已经得到了证明，不过他的动机和线索是什么？为什么他会想出那样的公式呢?究竟是进行什么样的运算得出了这样的公式?
有很多至今还是未解之谜。
也正因为如此，直到今天，还有一群数学、科学爱好者在追随着拉马努金的脚步，追寻拉马努金那些笼罩在神秘面纱下的脑回路。
本文选自公众号英华兰DrBing
无穷的故事
作者 | [美]斯蒂夫·斯托加茨
来源 | 节选自《微积分的力量》，中信出版社，2021.1， 好玩的数学获授权转载。
作为桥梁的无穷
微积分最初是几何学的产物。在公元前250年左右的古希腊，掀起了一小股解决曲线之谜的数学热潮。这些爱好者有一项雄心勃勃的计划，那就是利用无穷在曲线形状和直线形状之间搭建一座桥梁。他们希望当这种联系建立起来的时候，直线几何学的方法和技巧可以跨越这座桥梁，为破解曲线之谜贡献力量。在无穷的帮助下，所有古老的问题都将迎刃而解。至少，他们设定的目标是这样的。
当时，这个计划看起来一定相当牵强。无穷的名声备受质疑，除了可怕得要命以外，人们觉得它一无是处。更糟糕的是，它模糊不清，令人困惑。它到底是什么呢，一个数字，一个地方，还是一个概念？
不过，我们很快就会在接下来的章节中看到，无穷其实是一件天赐之物。考虑到最终来源于微积分的所有发现和技术，利用无穷解决复杂的几何问题一定是自古以来最棒的想法之一。
当然，公元前250年的人们根本无法预见到这一点。然而，无穷很快就有了一些令人印象深刻的表现，其中第一次和最好的一次是，它解决了一个由来已久的谜题：如何求圆的面积。
比萨证明
在开始进行详细的讨论之前，我先简述一下论证过程。它的策略是，把圆想象成一个比萨，然后把比萨切分成无穷多块，最后神奇地将比萨块排布成一个矩形。这样一来，我们就能算出圆的面积了，因为移动比萨块显然不会改变它们原来的面积，而且我们知道如何求矩形的面积：长乘以宽。其结果就是圆的面积公式。
为了便于论证，这个比萨必须是数学意义上的理想比萨，它完全平坦，为正圆形，而且饼皮无限薄。它的周长(用字母C表示)是饼皮外缘的长度，可以通过绕饼皮一周来测量。周长通常不是比萨爱好者关心的问题，但如果我们想知道，可以用卷尺测量出C的值(图1-2)。
我们感兴趣的另一个量是比萨的半径r，它的定义是从比萨的中心到其外缘上的任意一点的距离。特别要说明的是，如果所有比萨块都是等大的，而且是从中心切到外缘，那么r也是每个比萨块的直边长度(图1-3)。
假设我们把比萨切成4等份。尽管我们可以用图1-4所示的方法把它们重新组合起来，但看上去不太可能计算出它的面积。
这个新形状看起来像球根，它的顶边和底边都呈奇怪的荷叶边状。它当然不是一个矩形，所以我们很难猜出它的面积。我们似乎在倒退，但就像所有戏剧惯用的套路那样，在获胜之前英雄都免不了身陷困境。戏剧张力正在积累当中。
不过，即使被困于此，我们也应该注意到两件事，因为它们在整个论证过程中都成立，而且最终会给出我们要找的那个矩形的尺寸。第一件需要注意的事是，比萨饼皮外缘的1/2变成了新形状的弯曲顶边，另外1/2则变成了底边。所以，新形状的顶边和底边的长度都等于比萨周长的1/2，即C/2(图1-4)。我们将会看到，这个长度最终会变成矩形的长。第二件需要注意的事是，球根形状的斜直边正是原始比萨块的直边，所以它们的长度依然是r。这个长度最终会变成矩形的宽。
我们之所以还没看到关于期望矩形的任何迹象，是因为我们切分的比萨块不够多。如果我们把比萨切成8等份，然后按照图1-5所示的方式把它们重新组合起来，得到的图形看上去就会更接近于矩形。
事实上，这个比萨开始有点儿像平行四边形了。结果还不错，至少它正在逼近一个由直线围成的图形。新形状的顶边和底边也不像之前那样弯弯曲曲了，我们切分的比萨块的数量越多，它们就会变得越扁平。和之前一样，顶边和底边的长度还是C/2，斜边长度为r。
为了使整个图形更加规整，我们可以把最左侧的比萨块纵向切成等大的两部分，然后把其中一部分移到最右侧(图1-6)。
现在这个形状看起来就很像矩形了。不可否认的是，它仍然不够完美，因为饼皮的曲率导致该形状的顶边和底边呈荷叶边状，但至少我们在进步。
既然切分出更多比萨块似乎有所帮助，我们就继续切吧。在我们把比萨分成16等份，并像之前一样对最左侧的那块进行处理后，就会得到图1-7所示的结果。
我们切的份数越多，由比萨饼皮外缘产生的荷叶边状的顶边和底边就会变得越扁平。在这个过程中我们会得到一系列形状，它们都魔法般地趋近某个矩形，我们称该矩形为极限矩形(图1-8)。
这一切的关键在于，我们可以很容易地算出这个极限矩形的面积，即让它的长和宽相乘。那么，剩下的问题就是根据圆的尺寸找出矩形的长和宽了。由于比萨块都是竖直排列的，所以矩形的宽就是比萨的半径r。矩形的长等于比萨周长的1/2，这是因为在处理新形状的每个中间阶段，比萨饼皮外缘的1/2变成了矩形的顶边，另外1/2则变成了底边。因此，矩形的长等于比萨周长的1/2，即C/2。综上所述，极限矩形的面积可以用它的长乘以宽得出，即A=r×C/2=rC/2。而且，由于移动比萨块不会改变它们的面积，所以极限矩形的面积也一定是原始比萨的面积！
古希腊数学家阿基米德在《圆的度量》中首次证明了圆的面积为A=rC/2，他的论证过程与上文讲述的方法类似，但更加严谨。
就这个论证过程而言，最具创新性的方面在于无穷发挥作用的方式。当我们只把比萨分成4等份、8等份或16等份时，最好的情况不过是把比萨重新排布成一个有荷叶边的不完美形状。在经历了不太乐观的开端之后，我们切分的比萨块的数量越多，得到的新形状就越接近于矩形。但只有在我们把比萨切分成无穷多块的极限情况下，它才会变成一个真正的矩形。这就是微积分背后的伟大思想，在无穷远处，一切都变得更简单了。
极限与墙之谜
极限就像一个达成不了的目标，你可以离它越来越近，但你永远无法实现它。
比如，在比萨证明中，通过切分出足够多的比萨块并对它们进行重新排布，我们可以使有荷叶边的新形状越来越接近于矩形。但是，我们永远不能把它们变成真正的矩形，而只能接近那种完美状态。幸运的是，在微积分中，极限的不可到达性往往无关紧要。通过想象我们能到达极限，然后看看这种想象意味着什么，我们常常可以解决手头的问题。事实上，微积分领域的许多最伟大的先驱正是运用这种方法，取得了伟大的发现。他们并不是依靠逻辑，而是依靠想象力获得了巨大的成功。
极限是一个微妙的概念，它也是微积分的核心概念。它之所以难以解释，是因为这个概念在日常生活中并不常见。最贴切的类比可能是墙之谜：如果你走过了你和墙之间距离的1/2，再走剩下距离的1/2，接着走剩下距离的1/2……，你最终能到达墙根吗？(图1-9)
答案显然是否定的，因为墙之谜明确规定，你每次只能走你和墙之间距离的1/2，而不是全部。不管你走了10次、100万次还是多少次，你和墙之间总会有间隙。但同样明显的是，你可以任意地接近这堵墙。也就是说，通过足够多次的努力，你可以走到离墙1厘米、1毫米、1纳米(米)，或者其他更小但不为零的距离范围内，但你永远无法真正走到墙根处。在这里，墙演的就是极限的角色。人们花费了大约2000年的时间，才给极限下了一个严格的定义。而在此之前，微积分领域的先驱只能依靠直觉。所以，即时你现在对极限的感觉还很模糊，也无须担心。通过分析一些实例，我们可以更好地了解它们。从现代的角度看，极限之所以重要，原因就在于它们是整个微积分领域的基石。
如果墙的比喻显得太过冷酷无情(谁会愿意去接近一堵墙呢？)，不妨试试这个类比：任何接近极限的过程都像一位英雄在进行无止境的探索。它和西西弗斯面对的毫无希望的任务(他因触犯众神而受到惩罚，要把一块巨石滚上山顶，再眼睁睁地看着它滚下去，如此反反复复、无休无止)不同，这并非徒劳无功之举。当某个数学过程朝着某个极限逼近(比如，有荷叶边的形状趋近极限矩形)时，就好像故事的主人公正在为一个他明知道不可能实现但仍抱持着成功希望的目标而努力奋斗，这种希望是由他在竭力接近目标的过程中取得的稳步进展激发产生的。
0.333···的故事
为了强化“在无穷远处，一切都变得更简单了”和“极限就像无法实现的目标”之类的伟大思想，我们来看看下面的算术实例。这是一个将分数(比如1/3)转换为等值小数(在本例中，1/3=0.333···)的问题。我清楚地记得，我八年级的数学老师斯坦顿女士教过我们这类问题的计算方法。这件事之所以让我记忆犹新，是因为她突然讲到了无穷。
那一刻，我生平第一次听到一个成年人提及无穷。我的父母当然用不到它，它似乎是一个只有孩子才知道的秘密。在操场上，它总是以嘲弄和拾杠的方式出现。
“你是个混蛋！”
“是啊，好吧，你是两倍的混蛋！”
“你是无穷倍的混蛋！”
“你是无穷加一倍的混蛋！”
“那和无穷倍是一样的，你这个！”
这些有启发意义的对话让我确信，无穷的行为和普通数字不一样。当你给它加上1的时候，它不会变大，即使给它加上无穷也是这样。它的这种所向披靡的属性极其适用于终结校园内的争论，谁抢先使用它，谁就赢了。
但在斯坦顿女士提到无穷之前，没有其他老师跟我们谈论过这个问题。我们班的所有同学都已经知道有限小数了，因为它们常被用来表示金额，比如10.28美元的小数点后就有两位数。相比之下，无穷小数的小数点后有无穷位数，尽管它们乍看上去很奇怪，但和分数结合起来讨论就显得很自然了。
我们知道分数1/3也可以写成0.333···，最后的三个点表示无限重复的“3”。这对我来说很重要，因为当我试着用长除法计算1/3时，我发现自己陷入了一个无限循环：1不够被3除，所以假设1是10，那么10除以3等于3余1；现在我回到了起点，又要拿1去除以3。我无法跳出这个循环，这就是在0.333···中“3”不断重复的原因。
关于0.333···末尾的三个点，有两种解释。其中，朴素的解释是，在小数点右边确实肩并肩地排列着无穷多个“3”。当然，正因为有无穷多个“3”，所以我们不能把它们全部写下来，而改用三个点表示它们都在那里，或者至少在我们的脑海中。我把这种解释称为实无穷解释，在我们不愿意过多地思考无穷含义的情况下，它的优点是看上去简单明了、符合常理。
复杂的解释是，0.333···代表极限，就像在比萨证明中极限矩形是有荷叶边形状的极限，或者墙是倒霉步行者的极限一样。只不过，这里的0.333···代表对分数1/3进行除法运算后得到的连续小数的极限。随着除法运算的不断进行，在1/3的小数展开式中会产生越来越多的“3”。通过努力计算，我们可以得到一个尽可能接近1/3的近似值。如果对1/3≈0.3的结果不满意，那么我们可以再算一步得到1/3≈0.33，以此类推。我把这种解释称为潜无穷解释，其中的“潜”意味着近似值的小数位数可以根据需要不断增多。没有什么能阻止我们进行100万次、10亿次或者更多次数的除法运算。这种解释的优点是，我们永远不必引入像无穷这样令人摸不着头脑的概念，而可以继续利用有限的概念。
在处理像1/3=0.333···这样的等式时，我们采取哪种观点其实并不重要。它们同样站得住脚，而且在我们想进行的任何计算中都能得出相同的数学结果。但在数学领域，还存在实无穷解释可能会导致逻辑混乱的其他情况，这就是我在引言中提及无穷像怪物一样恐怖时所要表达的意思。对于某个过程产生的不断接近极限的结果，无穷有时候确实会让我们形成不同的看法。但假装这个过程已经结束，并且以某种方式到达了无穷境界，我们偶尔也会因此陷入麻烦。
无穷多边形的故事
举一个烧脑的例子。假设我们在一个圆上画一定数量的点，并使其均匀分布，然后用直线将它们相互连接起来。如果画3个点，那么我们会得到一个等边三角形；如果画4个点，那么我们会得到一个正方形；如果画5个点，那么我们会得到一个五边形；以此类推，我们可以画出一连串的直线形状，它们被称为正多边形(图1-10)。
请注意，我们画的点越多，得到的多边形就会越接近于圆形。与此同时，它们的边越来越短，数量越来越多。当我们按照边数从少到多的次序逐步推进时，多边形就会越来越接近于作为极限的原始圆。
于是，无穷再次成为连接两个世界的桥梁。这一次，它把我们从直线的世界带到了圆的世界，将棱角分明的多边形变成了如丝般光滑的圆形。而在比萨证明中，无穷则把我们从圆的世界带到了直线的世界，因为它把圆变成了矩形。
当然，在任何有限的阶段，多边形仍然只是多边形，它们还不是圆，也永远不会变成圆。尽管它们越来越接近于圆，但它们绝不会成为真正的圆。我们在这里谈论的是潜无穷，而不是实无穷。所以，从逻辑严密性的角度看，一切都无懈可击。
但如果多边形的边数不断逼近实无穷，会怎么样？最终得到的边长无限短的无穷多边形真的是一个圆吗？这种想法颇具吸引力，因为到那时多边形会变得光滑，它的所有角都被磨平了，看上去一切皆完美。
更多精彩阅读推荐阅读由中信出版社最新出版的《微积分的力量》。
《微积分的力量》
作者：[美]斯蒂夫·斯托加茨
译者：任烨
出版社：中信出版社
出版时间：2021.1
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（2月下旬发货）
《黑天鹅》作者纳西姆·尼古拉斯·塔勒布对这本书的评价是：“高能预警：这是一本危险的书。它会让你爱上数学，甚至有可能把你变成一位数学家。”
内容简介：
微积分是人类历史上的伟大思想成就之一，也是数学领域不可或缺的一个重要分支。除此之外，我们更应该关注的事实是：如果没有微积分，人类就不可能发明电视、微波炉、移动电话、GPS、激光视力矫正手术、孕妇超声检查，也不可能发现冥王星、破解人类基因组、治疗艾滋病，以及弄明白如何把5 000首歌曲装进口袋里。
在人类文明进程中的这些具有里程碑意义的发明和发现背后，微积分究竟扮演了什么样的角色？围绕曲线之谜、运动之谜和变化之谜，毕达哥拉斯、阿基米德、伽利略、开普勒、牛顿、莱布尼茨、爱因斯坦、薛定谔等如何用微积分的“钥匙”打开了宇宙奥秘之“锁”？这些谜题的解决方案对人类文明的进程和我们的日常生活又产生了什么样的深远影响？
在《微积分的力量》书中，应用数学家兼“导游”斯托加茨将用一种“讲故事”和“看展览”的方式为你一一揭晓答案。“我们不必为了理解微积分的重要性而学习如何做运算，就像我们不必为了享用美食而学习如何做佳肴一样。我将借助图片、隐喻和趣闻逸事等，尝试解释你们需要了解的关于微积分的知识。我也会给你们介绍有史以来颇为精致的一些方程和证明，就像我们在参观画展的时候不会错过其中的代表作一样。”
在高中和大学时期，尽管我们中的许多人都对这门课程退避三舍，但斯托加茨用一种新颖独特和接地气儿的方式给我们讲述了微积分的历史。相信在读完《微积分的力量》后，我们都会对微积分有更加立体生动的认知，就像欣赏名画、名曲那样发现微积分之美。
作者简介：
美国康奈尔大学应用数学系教授、知名教师和数学家。他为《纽约时报》《纽约客》写作数学博客，也是美国科普电台、《科学星期五》的常驻嘉宾。他的主要代表作有《x的奇幻之旅》。他目前住在纽约伊萨卡。
目录（上下滑动查看）
引言 // 001
写给每个人的微积分读物 // 002
由微积分主宰的世界 // 004
微积分不只是一种语言 // 006
不合理的有效性 // 007
无穷原则 // 008
石巨人与无穷 // 010
曲线、运动和变化 // 011
第1章 无穷的故事 // 019
作为桥梁的无穷 // 023
比萨证明 // 024
极限与墙之谜 // 028
0.333…的故事 // 030
无穷多边形的故事 // 032
无穷的魅力和危险 // 033
除数为 0 的禁忌 // 034
实无穷之罪 // 036
芝诺悖论 // 037
芝诺悖论走向数字化 // 040
当芝诺悖论遇上量子力学 // 042
第2章 驾驭无穷的勇士 // 047
夹逼法与圆周率 // 051
圆周率之道 // 055
立体主义与微积分 // 057
奶酪论证 // 062
阿基米德方法 // 065
从计算机动画到面部手术 // 074
探索运动之谜 // 079
第3章 运动定律的探索之旅 // 081
亚里士多德的世界观 // 084
伽利略出场 // 088
下落、滚动与奇数定律 // 090
科学极简主义的艺术 // 093
从摆动的吊灯到GPS // 095
开普勒与行星运动之谜 // 102
开普勒第一定律：椭圆轨道 // 105
开普勒第二定律：相等的时间，相等的面积 // 107
开普勒第三定律：行星的公转周期 // 109
开普勒与伽利略的异同点 // 110
阴云密布 // 112
第4章 微分学的黎明 // 115
代数在东方的崛起 // 118
代数的兴起与几何学的衰落 // 119
代数与几何学的邂逅 // 121
方程与曲线 // 124
在一起，会更好 // 126
费马vs笛卡儿 // 126
寻找失传已久的发现方法——分析 // 129
行李箱的优化问题 // 131
费马如何帮助了美国联邦调查局？// 135
最短时间原理 // 142
关于切线的争论 // 146
近在眼前的应许之地 // 149
第5章 微积分的十字路口 // 151
函数的作用 // 155
幂函数 // 156
指数函数 // 157
10 的次方 // 158
对数 // 161
自然对数及其指数函数 // 164
指数增长与指数式衰减的机制 // 167
第6章 变化率和导数 // 171
微积分的三大核心问题 // 175
线性函数及其恒定的变化率 // 178
非线性函数及其不断变化的变化率 // 182
作为昼长变化率的导数 // 186
作为瞬时速度的导数 // 191
第7章 隐秘的源泉 // 199
面积、积分和基本定理 // 202
运动使基本定理更直观 // 203
恒定的加速度 // 206
用油漆滚筒证明基本定理 // 210
基本定理的意义 // 213
积分学的圣杯 // 214
局部vs整体 // 219
一个孤寂的男孩 // 221
玩转幂级数 // 223
混搭大师 // 228
私密的微积分 // 229
第8章 思维的虚构产物 // 233
眨眼之间 // 237
无穷小量 // 238
2.001 的立方 // 240
微分 // 242
微分求导法 // 243
通过微分推导出基本定理 // 245
莱布尼茨是如何发现微分和基本定理的？// 248
在微积分的帮助下对抗HIV // 255
第9章 宇宙的逻辑 // 263
自然的逻辑 // 267
二体问题 // 272
牛顿力学与《隐物》 // 275
牛顿微积分与《独立宣言》 // 276
连续体与离散集 // 278
常微分方程与偏微分方程 // 279
偏微分方程与波音 787 客机 // 282
无处不在的偏微分方程 // 285
第10 章 波、微波炉和脑成像 // 287
弦理论 // 292
为什么是正弦波？// 296
振动模态的可视化：克拉德尼图形 // 299
最值得尊崇的勇气 // 301
微波炉 // 302
为什么微波炉最初被称作雷达灶？// 303
CT与脑成像 // 304
第11 章 微积分的未来 // 311
DNA的缠绕数 // 315
决定论及其局限性 // 318
非线性 // 320
混沌 // 322
庞加莱图 // 324
走上战场的非线性 // 326
微积分与计算机联盟 // 327
复杂系统与高维诅咒 // 328
计算机、人工智能和洞察力之谜 // 332
结语 // 337
小数点后 8 位 // 337
发现正电子 // 339
可以理解的宇宙 // 341
致谢 // 345
注释 // 349
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