ประวัติ แคลคูลัส Calculus

แคลคูลัส  เป็นวิชาคณิตศาสตร์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง  สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการอธิบายกฎเกณฑ์ธรรมชาติ  เป็นพื้นฐานของความเข้าใจโลก  และปรากฎการณ์ต่าง ๆ   แคลคูลัสช่วยให้เราสามารถคำนวณวงโคจรของดาวต่าง ๆ ช่วยให้เราคำนวณกระแสน้ำ  การคำนวณหาเส้นแรงในอาคารรูปแปลก ๆ เพื่อให้สามารถสร้างอาคารเหล่านั้น เป็นวิชาที่จำเป็นสำหรับนักวิทยาศาสตร์แทบทุกแขนง
            ผู้ที่เกิดแนวคิดเรื่องแคลคูลัสก่อนผู้ใด  เมื่อราว  ปี  1667  เซอร์  ไอแสค  นิวตัน  นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ สนใจในเรื่องคณิตศาสตร์ของการเคลื่อนที่  ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา  กฎเกณฑ์ของการเปลี่ยนแปลงนี้เอง ทำให้เป็นที่มาของแคลคูลัส  ในเรื่องของอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียล   ต่อมาไม่นานก็มีนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันชือ กอตฟริค  ไลปนิช  ก็เกิดแนวติดในทำนองเดียวกัน   ทั้งสองคนเขียนจดหมายแลกเปลี่ยนทัศนะ  และแนวคิดกัน  
             แคลคูลัสเป็นคณิตศาสตร์ที่ถือกำเนิดขึ้นในศตวรรษที่ 17   แต่ถ้าไล่ย้อนไปในอดีต ก็จะพบแนวความคิดหรือเทคนิคต่าง ๆที่นักคณิตศาสตร์สมัยก่อนหน้านั้นได้ช่วยคิดช่วยสร้างมาตั้งแต่สมัยกรีกโบราณโน่น  ซึ่งมีรายละเอียดาก   พอจะสรุปหลัก ๆ ที่สำคัญ  ดังนี้ 
                นักคณิตศาสตร์สมัยโบราณหลายคน เช่น อาร์คิมีดิส เคยคิดวิธีหาเส้นสัมผัสรูปร่างเกลียวหอย  โจทย์ข้อนี้สำคัญมาก เพราะน่าจะเป็นโจทย์เกี่ยวกับ  เส้นสัมผัสหรือ  “ดิฟเฟอเรนเชียลแคลคูลัส” เพียงข้อเดียวในประวัติศาสตร์   ส่วนที่เหลือ  เช่น  การคำนวนหาพื้นที่วงกลม ปริมาตร และพื้นผิวของทรงกลมได้อย่างไร    ซึ่งจากมุมมองสมัยนี้  เป็นโจทย์เกี่ยวกับผลรวม   หรือ    “อินทิกรัลแคลคูลัส” ทั้งสิ้น
               นอกจากนี้ นักคณิตศาสตร์ชาวกรีก   ได้ตั้งโจทย์เกี่ยวกับ ลิมิต และค่าอนันอีกด้วย แต่ที่น่าจะสำคัญที่สุดคือ   เทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า 'วิธีใช้ทั้งหมดของยูโดซัส'   ซึ่งมีหลักการง่าย  ๆว่า ถ้าต้องกาคำนวณหาพื้นที่รูปทรงประหลาดๆ ที่สนใจก็แบ่งพื้นที่ให้เป็นรูปง่าย ๆ  เช่น  รูป 3 เหลี่ยม  4  เหลี่ยม โดยเริ่มจากการใช้รูปง่าย ๆ ใส่ลงไปในพื้นที่ที่ต้องการหาและซอยย่อยลงไปเรื่อย  ๆ   ดังนั้นผลรวมก็จะได้ใกล้เคียงกับพื้นที่ที่ต้องการ   นี่คือเทคนิคการอินทิเกรต โดยใช้ภาพ ของนักคณิตศาสตร์กรีกโบราณนั่นเอง    นักคณิตศาสตร์ชาวเอเชีย ก็มีผู้คิด'ปฐมแคลคูลัส'ไว้คือ คนจีนกับคนญี่ปุ่น   นักคณิตศาสตร์ญี่ปุ่นคำนวนหาพื้นที่วงกลม โดยแบ่งเป็นแถบ4 เหลี่ยมย่อย ๆ
              จวบจนถึงคริต์ศตวรรษที่ 14   จึงมีคำถามประเภทว่า วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วไม่คงที่ จะหาระยะทางที่วิ่งไปได้อย่างไร   แต่แคลคูลัสสมัยใหม่ต้องรอเวลานานกว่าจะถือกำเนิดขึ้นได้     เพราะแคลคูลัส จำเป็นต้องใช้แนวคิดจากคณิตศาสตร์สาขาอื่น ๆ  หลายวิชานำมาก่อน   เช่น  ฟังก์ชั่น   พีชคณิตสัญลักษณ์   และเรขาคณิตวิเคราะห์
              แนวคิดเรื่องฟังก์ชันนี้มาสุกงอม ตอนที่กาลิเลโอมาศึกษาเรื่องการเคลื่อนที่ ส่วนสองเรื่องหลังคือ พีชคณิตสัญลักษณ์  และเรขาคณิตวิเคราะห์    เป็นฝีมือของเดอคาร์ตส์ยอดนักคณิตศาสตร์ที่คิดแกนอ้างอิงแบบคาร์ทีเชียนให้เราใช้กันจนถึงเดี๋ยวนี้นี่เอง  วิชาคณิตศาตร์ได้รับการพัฒนามาเรื่อยๆ จนกระทั่งช่วงเวลาประมาณกลางศตวรรษที่ 17 นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อ นิวตัน (Newton) และ นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน ชื่อ ลีนิส (Leibniz) ต่างได้คิดค้นวิชา แคลคูลัส (Calculus) ขึ้นมา ซึ่งทำให้เราสามารถศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆได้ ทำให้เราศึกษาการเปลี่ยนแปลง การไหลของน้ำ การตกของแอปเปิ้ลได้ และวิชาแคลคูลัสนี้ได้ถูกนำไปใช้ในการศึกษาการเคลื่อนที่ของดวงดาวในวิชาฟิสิกส์ หลังจากยุคนี้นักคณิตศาสตร์ก็ศึกษาเกี่ยวกับตัวเลข รูปร่าง การเคลื่อนที่ (Motion) การเปลี่ยนแปลง (Change) และ อวกาศ (Space) ด้วยวิชาแคลคูลัสนี่เองที่ทำให้มนุษย์ สามารถส่งจรวดไปยังดวงจันทร์ได้ หรือ แม้กระทั่งการปล่อยให้ดาวเทียมลอยอยู่เหนือโลกได้

   

 

 

 

เส้นตรง จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

เส้นตรง คือ เส้นโค้ง ในแนวตรงโดยสมบูรณ์ (ในทาง คณิตศาสตร์ เส้นโค้งมีความหมายรวมถึงเส้นตรงด้วย) ที่มีความยาวเป็น อนันต์ ความกว้างเป็น ศูนย์ (ในทางทฤษฎี) และมีจำนวนจุดบนเส้นตรงเป็นอนันต์เช่นกัน ใน เรขาคณิตแบบยุคลิด จะมีเส้นตรงเพียงหนึ่งเส้นเท่านั้นที่ผ่าน จุด สองจุดใดๆ และเป็น ระยะทาง ที่สั้นที่สุด การวาดเส้นตรงสามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือที่มี สันตรง เช่น ไม้บรรทัด และอาจเติม ลูกศร ลงไปที่ปลายทั้งสองข้างเพื่อแสดงว่ามันมีความยาวเป็นอนันต์

เส้นตรงสองเส้นที่ แตกต่าง กันในสอง มิติ สามารถ ขนาน กันได้ ซึ่งหมายความว่าเส้นตรงทั้งสองเส้นนั้นจะไม่ ตัดกัน ที่ตำแหน่งใดๆ ถึงแม้ต่อความยาวออกไปอีกก็ตาม ส่วนในสามมิติหรือมากกว่านั้น เส้นตรงสองเส้นอาจจะ ไขว้ข้ามกัน (skew) คือไม่ตัดกันแต่ก็อาจจะไม่ขนานกันด้วย และ ระนาบ สองระนาบที่แตกต่างกันมาตัดกันจะทำให้เกิดเป็นเส้นตรงเพียงหนึ่งเส้น เรียกระนาบเหล่านั้นว่า ระนาบร่วมเส้นตรง (collinear planes) สำหรับจุดสามจุดหรือมากกว่าที่อยู่บนเส้นตรงเดียวกันจะเรียกว่า จุดร่วมเส้นตรง (collinear points)

ภาคตัดกรวย (conic section หรือ conic) ในทางคณิตศาสตร์ หมายถึง เส้นโค้ง ที่ได้จากการตัด พื้นผิวกรวย กลม ด้วย ระนาบ แบน ภาคตัดกรวยนี้ถูกตั้งเป็นหัวข้อศึกษาตั้งแต่สมัย 200 ปีก่อนคริสต์ศักราชโดย อพอลโลเนียส แห่ง เพอร์กา ผู้ซึ่งศึกษาภาคตัดกรวยและค้นพบสมบัติหลายประการของภาคตัดกรวย ต่อมากรณีการศึกษาภาคตัดกรวยถูกนำไปใช้ประโยชน์หลายแบบ ได้แก่ ในปี พ.ศ. 2133 (ค.ศ. 1590) กาลิเลโอ กาลิเลอี พบว่าขีปนาวุธที่ยิงขึ้นไปในมุมที่กำหนดมีวิถีการเคลื่อนที่โค้งแบบพาราโบลา, ใน พ.ศ. 2152 (ค.ศ. 1609) โยฮันส์ เคปเลอร์ พบว่าวงโคจรของดาวเคราะห์รอบนอกเป็นรูปวงรี เป็นต้น

 

 

สมการที่มีตัวแปรเดียวก็สามารถแก้ได้โดยวิธีกราฟ เช่น ถ้าต้องการแก้สมการ 2x + 3 = 5 ซึ่งมีคำตอบเหมือนสมการ 2x - 2 = 0 (นำ 5 มาลบทั้งสองข้างของเครื่องหมาย =) เราเพิ่มตัวแปร y ขึ้นมาอีกหนึ่งตัว โดยกำหนดให้ 2x -2 = y

สมการนี้เป็นสมการที่มีตัวแปรสองตัว คำตอบของสมการ 2x - 2 = y คือทุกจุดที่อยู่บนเส้นตรงสีแดง ค่าของ x ที่ทำให้ y เป็น 0 เป็นคำตอบของสมการ 2x-2 =0 จุดบนกราฟที่ y เป็น 0 คือจุดที่กราฟตัดแกนนอน เส้นตรงนี้ตัดแกนนอนที่จุด (1,0)

เราจึงสรุปได้ว่า 1 เป็นคำตอบของสมการ 2x - 2 = 0

หรือสมการ 2x + 3 = 5

สมการ x2 - 2x = 3 มีคำตอบเหมือนสมการ x2 - 2x - 3 = 0 เราแก้ได้โดยเขียนกราฟแสดงคำตอบของสมการ x2 - 2x - 3 = y (เส้นโค้งสีน้ำเงินในรูป) ค่าของ x ที่ทำให้ y เป็น 0 เป็นคำตอบของสมการ x2 - 2x - 3 = 0 จุดบนกราฟที่ y เป็น 0 คือจุดที่กราฟตัดแกนนอนได้แก่จุด (-1,0) และ (3,0)

เราจึงสรุปว่า -1 กับ 3 เป็นคำตอบของสมการ x2 - 2x - 3 = 0 หรือ x2 - 2x = 3

ในการแก้สมการ x2 - 2x + 2 = 0 เราเขียนกราฟแสดงคำตอบของสมการ x2 - 2x + 2 = y จะพบว่ากราฟนั้นไม่ตัดแกนนอน แสดงว่า จุด (x,0) ไม่อยู่บนกราฟ ดังนั้น (x,0) ไม่ใช่คำตอบของสมการ x2 - 2x + 2 = y นั่นคือไม่ว่า x จะแทนจำนวนจริงใดๆ ก็ตาม x2 - 2x + 2 ไม่เท่ากับ 0 เราจึงสรุปได้ว่าสมการ x2 -2x + 2 = 0 ไม่มีคำตอบที่เป็นจำนวนจริง

บางทีเราพบโจทย์บางประเภท เช่น 'ชาวนาคนหนึ่งเลี้ยงหมูและไก่ ถ้านับหัวของสัตว์เหล่านี้จะได้ 20 หัว ถ้านับขาจะได้ 50 ขา ถามว่าเขามีหมูและไก่อย่างละกี่ตัว

ถ้าให้ x แทนจำนวนหมู และ y แทนจำนวนไก่ เราจะได้สมการ 2 สมการคือ

x + y = 20 (จำนวนหัว)

4x + 2y = 50 (จำนวนขา)

เราต้องการหาค่าของ x และ y ซึ่งเมื่อนำไปแทนในสมการทั้งสองแล้วจะได้ข้อความจริงทั้งคู่ ในกรณีนี้ ถ้าแทน x ด้วย 5 และแทน y ด้วย 15 ในสมการทั้งคู่ จะได้ข้อความจริง เราจึงพูดว่า (5, 15) เป็นคำตอบของ ระบบสมการ (system of equations) ข้างต้น สมการทั้งสองเป็นสมการเชิงเส้นทั้งคู่ เราจึงเรียก ระบบสมการนี้ว่า ระบบสมการเชิงเส้น (system of linear equations)

 

 ที่มา :: http://www.sudipan.net 







รูปภาพที่เกี่ยวข้อง

ติชม


ต้องการให้คะแนนบทความนี้่ ?

สร้างโดย :


YutFc

สถานะ : ผู้ใช้ทั่วไป
โลหะการ