第26章 概念的地基

    【对於任意e>0,存在正整数n,使得当n>n时,有|a?-a|<e。】
    江临还在盯著屏幕上的这行字。
    在电脑旁边,摆开的一个草稿本上。
    最上方写著四个字。
    【高等数学】
    下面是一行更小的字。
    【第一条纪律:不懂定义,不许做题。】
    这行字是他昨晚写下来的。
    写的时候很有气势。
    真到执行的时候,江临才发现,所谓不懂定义不许做题,听起来像一句励志格言,实际操作起来简直像把一个习惯拿刀劈开,再用另一种方式重新缝起来。
    高中阶段,他习惯题目给条件,问结论。
    不会,就看例题,例题看不懂,就看答案。
    答案看不懂,就抄一遍,抄一遍还不懂,就拆步骤。
    拆到最后,总能找到几个熟悉的东西,比如公式,比如模型,比如图像,比如代入……
    第三次的废土那九年时间里,他就是靠这种办法硬生生把自己从年级七十一名磨到了全市第一。
    数学如此,物理如此,化学和生物也是如此。
    可是大学数学不是这样。
    大学数学上来不先给题,它先给你一个概念。
    然后要求你相信,这个概念后面会长出整座森林。
    极限,连续,导数,积分,级数……
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    这些词摆在目录里,看起来像是一个个熟人。
    导数他高中学过,积分他也见过一点。
    向量更不用说,高考解析几何里天天用。
    可是点进去一看,江临才发现,高中数学里那些熟悉的词,只是门口的招牌。
    真正的屋子在后面,里面黑得嚇人。
    他重新看向屏幕。
    教学视频里,大学老师的声音不紧不慢。
    “数列极限的严格定义,抓住两个量,一个是e,一个是n。e代表你允许的误差,n代表从第多少项之后……”
    老师讲得很清楚。
    至少语速清楚,吐字清楚,板书也清楚。
    可江临听著听著,脑子还是开始往外滑。
    不是走神,是抓不住。
    e可以任意小。
    任意小是什么意思?
    小到0.1可以,小到0.01可以,小到0.000001也可以。
    只要你给一个正数,我都能找到一个n,让后面的所有项都进入这个误差范围。
    这句话他能复述,甚至能背下来。
    可背下来没用,他不知道自己是不是真的懂。
    就像一个不会游泳的人,站在岸上把蛙泳动作背得滚瓜烂熟,真下了水,照样扑腾两下就往下沉。
    江临暂停视频,停在老师写完定义的那一帧。
    拿起原子笔,在草稿本上重新写了一遍定义。
    【?e>0,?n∈n?,当n>n时,|a?-a|<e。】
    写完之后,他盯著看。
    一分钟之后,他把笔放下,站起身,走出石屋。
    风立刻迎面吹过来。
    第四次废土已经过去了十二天,天气比他第三次离开时暖一些。
    废土的季节並不完全等同於地球,但经过前面十年的记录,他大概摸出一点规律。
    这颗废土星球也有冷暖循环,只是周期比地球略长一些,昼夜温差更大,风更硬,雨更酸。
    石屋南面,那两百平方米土地,经过九年翻耕、撒灰、绿肥、堆肥、南瓜藤和黄豆秸秆反覆回填,表层土壤顏色变暗了许多。
    不是正常土地那种油润的黑,更像暗红里掺了灰褐,像一块反覆揉搓过的旧布。
    里面开始有了细碎的植物残渣。
    苔蘚从河床岩檐下面被他一点点移植过来,如今已经在田埂边缘长出好几片灰绿色的斑块。
    像一层贴在石头上的霉。
    但在废土上,这就是奇蹟。
    江临走到田边蹲下,看一株黄豆苗。
    黄豆苗已经长到小腿高度,叶片顏色比地球上的黄豆深一些,叶面粗糙,边缘有轻微捲曲。
    第三次废土的九年里,他通过留种筛选,已经让这些黄豆適应了废土的酸性土壤、弱光和低温。
    当然,说適应有点夸张。
    准確地说,是死掉了大多数,剩下来的勉强能活。
    江临伸手轻轻拨开黄豆根部附近的土。
    根系细细密密往下扎,主根旁边掛著几个浅褐色的小瘤。
    根瘤。
    他第一次在废土看到这东西的时候,激动得差点把整株黄豆拔出来。
    这意味著根瘤菌也能在废土环境下存活。
    意味著空气里的氮,能被这些微不足道的小生命一点点固定进土壤里。
    意味著这片土地不是彻底死的。
    江临蹲在地边,看著那几个小根瘤,忽然想起刚才那行定义。
    对於任意e。
    存在n。
    当n大於n之后。
    全部进入误差范围。
    他眯了眯眼。
    如果把这片田当成一个数列呢?
    第一年,土壤ph不稳定,作物產量波动很大。
    第二年,產量仍然很低,但比第一年好一点。
    第三年,第四年,第五年……
    每一年,他都记录每平方米土豆產量,黄豆株高,南瓜坐果数量,雨水ph,土壤酸碱度,堆肥腐熟周期。
    那些数据不是平滑上升的。
    有一年酸雨太多,土豆烂了一半。
    有一年风暴把南瓜藤吹折。
    还有一年他把草木灰撒多了,几垄黄豆叶片发黄,差点烧苗。
    可是从一个更长的尺度看,產量確实在靠近某个稳定值。
    一开始每平方米土豆只能收一斤多,后来两斤,再后来三斤。
    到第三次废土后期,部分熟化较好的地块,一平方米能收到接近四斤。
    它没有无限增长,只是在逼近一个上限。
    这个上限可能是废土光照,水源,土壤和作物品种共同决定的极限產量。
    如果给定一个允许误差。
    比如说,每平方米土豆產量距离三点八斤的误差小於零点五斤。
    那么从第几年之后,后面的產量大多都能落在这个范围里?
    如果要求误差小於零点二斤呢?
    要从第几年之后?
    如果要求误差小到零点一斤呢?
    江临慢慢站起来。
    风从田垄上吹过,黄豆叶子发出细碎的摩擦声。
    他忽然转身回到石屋,坐到书桌前,重新拿起笔。
    这一次,他没有直接抄定义。
    【例子:废土土豆田產量数列。】
    第一年:1.3斤/平方米。
    第二年:1.8斤/平方米。
    第三年:2.2斤/平方米。
    第四年:2.7斤/平方米。
    第五年:3.1斤/平方米。
    第六年:3.3斤/平方米。
    第七年:3.5斤/平方米。
    第八年:3.6斤/平方米。
    第九年:3.72斤/平方米。
    当然,真实数据没有这么干净。
    他只是为了理解,先写了一个理想化模型。
    然后他在旁边写。
    【a=3.8】
    【e=0.5时,从第五年开始,所有產量都在3.3到4.3之间。】
    【e=0.2时,从第八年开始,所有產量都在3.6到4.0之间。】
    【e=0.1时,从第九年开始,所有產量都在3.7到3.9之间。】
    他停了一下,然后在下面写。
    【e越小,要求越严格,需要的n可能越大。】
    写完这句话,他脊背有一点发麻。
    不是因为他终於完全懂了。
    只是门缝开了一点。
    那行原本像咒语一样的定义,忽然多了一点温度。
    它不再只是对於任意e存在n。
    它像是在说,你想把误差限制到多小都可以。
    只要这个数列真的在靠近a,那么迟早有一天,它会稳定地进入你规定的范围,再也不跑出去。
    江临把这个解释写下来。
    【极限不是看前面乱不乱。】
    【极限是看后面能不能稳定。】
    【前面可以混乱,波动,错误,失败。只要从某一个位置之后,它全部靠近目標,就叫收敛。】
    笔尖在纸面上停住。
    江临盯著收敛两个字,忽然笑了一下。
    他觉得这个词挺適合自己。
    高三前十几年,他一直乱,成绩乱,心態乱,未来乱。
    第一次废土,连水都喝不上。
    第二次废土,靠压缩饼乾和污染水撑到四十多天。
    第三次废土,翻地翻到手掌起泡腿脚抽筋,九年里不知道失败了多少回。
    可如果把他的整个人生也看成一条数列。
    那么从某一个n开始,他是不是也终於开始向著某个目標收敛?
    江临没有继续想下去。
    他低头,在草稿本最上面写了今天的日期。
    【第四次废土,第十二日。】
    【任务:理解数列极限定义。】
    【方法:不背定义,先找现实对应物。】
    写完,他重新播放视频。
    老师从数列极限讲到函数极限。
    【当x趋近於x?时,f(x)趋近於a。】
    然后又暂停,写了一页。
    【x趋近,不等於x真的到了。】
    【像我从石屋走向水坑。距离越来越小,但可以不站到水坑中心。】
    【函数值趋近,是位置变化引起结果变化。】
    他画了一条歪歪扭扭的线。
    左边標石屋,右边標水坑,中间画了几个点。
    点下面写x?、x?、x?。
    越靠近水坑,空气湿度越高,地面越潮,矿物酸味越重。
    如果把距离水坑中心的位置当成x,把空气里那股酸味浓度当成f(x),那么人越靠近水坑,f(x)越接近某个值。
    但你不需要真的跳进水坑,你只是在靠近。
    江临知道这个例子很粗糙,还不严谨。
    可它有用。
    有用就够了。
    他从来不是那种一眼看透本质的天才。
    学习方法也一直很笨。
    只是尝试把抽象的东西拖到地上,按进泥里,揉进自己的生活里。
    只有这样,它才不再飘著。
    上午,他学了四页,四页高等数学。
    其中两页还是目录、导言和符號说明。
    但他没有像之前那样焦虑了。
    因为这一次,草稿纸上留下来的不是抄写的定义,而是一堆虽然笨拙但属於他自己的解释。
    中午,他煮了一锅土豆黄豆糊。
    说是煮,其实就是用废土石头垒的小炉灶,烧枯木和干南瓜藤,把切碎的土豆、泡软的黄豆和一点苔蘚碎末放进金属饭盒里熬。
    水是酸雨处理后的水。
    先用活性炭和棉过滤,再用小苏打调到接近中性,最后煮沸。
    味道很差。
    土豆有一股淡淡的矿物腥味,黄豆因为品种和环境原因,煮出来不够香,苔蘚更是带著挥之不去的苦。
    他往里面撒了一点盐。
    那点盐是从现实世界带来的,弥足珍贵。
    江临端著饭盒坐在石屋门口,一口一口吃。
    吃著吃著,他想起了电脑里下载好的《费曼物理学讲义》。
    他本来想在一个月內把高等数学开个头,再开始普通物理。
    现在看来,一个月能把极限和连续啃明白就不错了。
    甚至极限和连续都未必啃得明白。
    江临吃完最后一口土豆糊,拿清水涮了饭盒,把那点混著淀粉的水也喝掉。
    他回到书桌前,没有继续往后看。
    而是在草稿本上开了一个新栏目。
    【概念本】
    第一页写:【极限】
    下面分成五栏。
    第一栏:教材定义。
    第二栏:人话解释。
    第三栏:现实例子。
    第四栏:反例。
    第五栏:常见题型。
    他先把数列极限的定义抄到第一栏。
    然后在人话解释里写:【不管你要求离目標多近,只要后面足够靠后,就全都能进入这个范围。】
    现实例子写:【废土土豆田產量逐年稳定。】
    反例这一栏,他想了很久。
    写下:【如果数列一会儿靠近a,一会儿跑远,而且永远这样,就没有极限。】
    他举了一个最简单的:【a?=(-1)?】
    一会儿是1,一会儿是-1。
    永远跳,不收敛。
    他在旁边写:【像孙明考试前一天说要努力,第二天又打游戏。状態在1和-1之间跳,没有极限。】
    写完他自己都不由自主笑了一声。
    石屋里没有孙明,只有风声从门缝里挤进来。
    江临笑完之后,又觉得有点想那个大脑袋胖子了。
    想他一边嚼辣条一边问:“老江,这题为什么选c啊?”
    想他听完解释之后痛苦地抱头:“草,我就不该长两只手。”
    当然,这种想念很短,短到像风吹过灯芯,一晃就过去了。
    江临低下头,继续写。
    下午,他开始看例题。
    第一道例题:证明数列1/n的极限为0。
    这道题,如果用高中思维看,太简单了。
    n越大,1/n越小,当然趋近於0。
    还用证明?
    可大学数学要你证明,用定义证明。
    江临刚开始觉得多此一举。
    后来硬著头皮往下看,才明白这不是为了证明1/n会趋近0。
    这是为了训练你使用定义。
    题目要求:对於任意e>0,要找到n,使得当n>n时,|1/n-0|<e。
    也就是1/n<e。
    等价於n>1/e。
    所以只要取n>1/e即可。
    答案很短。
    短到让人不適。
    江临把它抄了一遍。
    没懂透。
    又抄一遍。
    还是觉得哪里不对。
    他停下来,在草稿纸上举具体数值。
    如果e=0.1,那么只要n>10,1/n就小於0.1。
    如果e=0.01,那么只要n>100,1/n就小於0.01。
    如果e=0.000001,那么只要n>1000000,1/n就小於0.000001。
    所以n隨著e变化。
    e不是固定的。
    n也不是固定的。
    別人给你多严格的要求,你就找一个足够靠后的起点。
    这就是证明的核心。
    江临在旁边写:【证明极限,就是接受对方任意刁难,然后给出一个足够靠后的起点。】
    写完,他觉得这句话很像废土。
    废土也在任意刁难他。
    酸雨,重金属,风暴,孤独……
    它给一个e。
    他找一个n。
    第一年不行,就第二年。
    第二年不行,就第五年。
    五年不行,就十年。
    只要还没有死,只要还能继续往后走,总有一个位置,会让那些曾经不可承受的东西,变成可控误差。
    傍晚的时候,太阳沉到地平线附近。
    暗红色的光从石屋窗口斜斜照进来,照在草稿本上。
    江临看了一眼今天的成果。
    高等数学教材,推进四页。
    视频,推进二十七分钟。
    草稿纸,写了十九页。
    概念本,完成数列极限初版。
    例题,真正做懂两道。
    江临没有骂自己。
    他把那两道例题重新合上,遮住答案,在白纸上独立写了一遍证明。
    第一道,1/n趋近於0。
    第二道,(2n+1)/n趋近於2。
    第二道略微复杂一点。
    |(2n+1)/n-2|=|1/n|=1/n。
    和第一道一样。
    取n>1/e。
    证明完成。
    每一个量词都没有省。
    对於任意e>0。
    取正整数n,使得n>1/e。
    当n>n时,有……
    写到最后一行。
    故lim(2n+1)/n=2。
    江临放下笔。
    屋外风声很大,屋內灯光很稳。
    他忽然意识到,这可能就是他大学学习的第一块砖。
    不是费曼物理,不是量子力学。
    不是那些听起来能让人热血沸腾的宇宙,粒子,黑洞,时间,空间。
    而是一道简单到近乎寒酸的证明题。
    证明1/n趋近於0。
    可这块砖如果没放稳,后面所有东西都会歪。
    江临翻开笔记本,在今日记录最后写。
    【第十二日。】
    【高数进度极慢。】
    【但今天第一次明白:大学不是更多题,而是更深的定义。】
    【以后每学一个新概念,必须完成五栏:定义、人话、现实例子、反例、题型。】
    【不许骗自己。】
    最后四个字,力透纸背。
    因为做题可以装,看视频可以装,抄笔记更可以装。
    写满一本草稿纸,看起来很努力。
    一天学习十二个小时,看起来很刻苦。
    可到底懂没懂,只有自己知道。
    江临以前最擅长骗自己。
    说什么这道题我差不多会了,说什么这个知识点我回头再补,说什么这次只是粗心,说什么只要再努力一点,成绩就会上去……
    还是废土教会了他,现实不会因为你的自我安慰而放过你。
    没水就是没水,没粮就是没粮。
    土壤ph值不对,种子就是会烂。
    你说自己努力过,没有用,你得真的把水处理到能喝。
    真的把土翻鬆,真的让黄豆长出根瘤。
    学习也一样。
    你说自己懂了,没有用。
    你得能不用答案写出证明,能给孙明讲明白,能给十年前的自己讲明白。
    夜色彻底压下来。
    江临合上电脑,把今天写满的草稿纸按顺序压在石块下面,防止被风吹散。
    又检查了一遍蓄电池电量。
    太阳能板今天充电情况不错,白天有六个小时有效光照,电量还能支撑电脑使用两小时,露营灯使用到午夜。
    但他没有继续熬。
    大学课程不是高中衝刺,靠熬夜硬顶没有意义。
    尤其是在废土,身体是唯一的本钱。
    他走出石屋,最后巡视了一遍田地。
    土豆叶片在夜风里微微晃动。
    南瓜藤趴在田埂边,像一条条沉默的辣条。
    黄豆苗整齐地立著。
    远处乾涸河床在黑暗中只剩下一道更深的阴影。
    江临站在田边,忽然用英语低声说了一句。
    “i am converging.”
    他说完,停了一下,自己纠正。
    “no.”
    “i am trying to converge.”
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