微积分的历程:从牛顿到勒贝格
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在描述把某些二项式化简为形如的无穷级数的方法以后,牛顿进一步寻找通过z的项把x表示成级数的方法。用现在的术语,他是寻找逆级数关系。所得到的方法对代数学并未产生显著影响,但是随后将会看到,我们对它的关注是正确的。像牛顿的做法一样,我们通过一个特例来描述求逆级数的过程。

让我们从级数开始,首先将它改写为

(4)

并且舍弃所有x的指数大于或等于2的项。自然,这样剩下x-z=0,从而,逆级数开始于x=z

牛顿认识到舍弃全部高阶项会导致不准确的解。准确的答案应该具备x=z+p的形式,其中p是有待确定的级数。在式(4)中,用z+p代换x,得到

将上式展开并整理后,得到

(5)

下一步,舍弃p的2次方项、3次方项和更高次方项,再求解,得到

现在,牛顿实施第二轮删除,舍弃分子和分母中除去z的最低次方项以外的所有z的高次方项。由此,p近似等于,所以,到这一步逆级数表示为x=z+p=z+z2

但是p并非恰好等于z2。更准确地说,p=z2+q,其中q是有待确定的级数。为求出q,我们将其代入式(5),得到

展开并按q的乘方合并同类项,得到

(6)

同前面一样,舍弃q的高于1次方的项,求解得到,然后舍弃分子分母中除去z的最低次方项以外的所有项,得到。至此,级数的形式变成了

代入式(6),可以继续这一推导过程。对于代数的单调乏味有着非凡忍耐力的牛顿似乎可以将这样的计算(几乎)无限地延续下去。但是,牛顿最终也乐于回过头来审视结果,寻找某种一般的表达形式。牛顿这样写道:“让考察停留在这里,顺便指出,当第5项或者第6项……为已知时,如果愿意的话,一般来说,通过观察这一过程的相似性,可以把推导随意进行下去”。Derek Whiteside(ed.), The Mathematical Works of Isaac Newton, vol.1, Johnson Reprint Corp, 1964, p. 20。

对于我们的例子,这种考察表明,是我们开始时的级数的逆级数。

这个结果在什么意义上是可靠的?毕竟,牛顿多次舍弃了绝大多数项,所以,这个答案的正确性还有多大的可信度呢?

下面的“检验”再次让我们安心。原来的级数是公比为的等比级数,所以它的终极形式为。因此,我们看出是等比级数的和。这恰好是牛顿的推导过程给出的结果。一切推导看起来是有条不紊的。

到目前为止,所讨论的方法(广义二项展开式和逆级数)将成为牛顿手中强有力的工具。然而,在我们真正评价这位大师的成果之前,还有最后一项必备知识。