【Sonic π】電路學之補充《四》無窮小算術‧中中下

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兩物質間之『重力{\vec{F}}_G 與兩電荷間的『靜電力{\vec{F}}_E都與兩者之間的『距離平方』成反比 {\vec{F}}_G, {\vec{F}}_E \propto \frac{1}{r^2},因此『位能』也就與『距離』成反比 \propto \frac{1}{r} 的了。其實,物理上某一種『物理量』的『分布』或是『強度』,會按照距離『來源』之遠近成『平方反比』而下降,是很常見的『物理現象』之描述。於是就特別將之稱為『反平方定律』。數學上來講,『反平方定律』滿足『高斯散度定理

\iiint_V\left(\mathbf{\nabla}\cdot\mathbf{F}\right)\,dV=\oint_S (\mathbf{F}\cdot\mathbf{n})\,dS

。 因此一個位在 \vec{r} 處的『點電荷Q_0 和一個『半徑』是 R_s,『球心』亦在 \vec{r} 處,而且電荷均勻分佈,『總電荷量』也是 Q_0 的『帶電球』所產生的『力場』是『等效的』,只不過那個『帶電球』在 \vec{r} 處並不是『奇點』的啊!假使說『點電荷』是指當『球半徑』逼近『無窮小R_s \approx \delta R ,『總帶電量Q_0 卻維持不變,這樣的說法是『合理』的嗎??

一九六零年,奧地利裔美國科學家『海因茨‧馮‧福爾斯特』 Heinz von Foerster 在《Science》雜誌上發表了一個『世界末日方程式』 Doomsday Equation。這是一個根基於世界『人口成長數據』得出的『巨觀模型
\frac{dN}{dt} = (a_0 N^{\frac{1}{k}})N
a_0 = 5.5 \times {10}^{-12}, k = 0.99
,當『無限大』發生之時,就是『世界末日』之日
Doomsday, Friday, 13 November, A.D. 2026
。有人將之簡化後得到 \frac{dN}{dt} = \frac{N^2}{C},這就是前面所說的『生長方程式』。在現實世界中,這通常是因為系統中有非線性『正回饋』機制所引發的『現象』。舉例來說,在『伺服器』 server 的『等候理論』 Queueing theory 裡,當『平均工作量』快超過伺服器的『處理能力』時,將會發生『佇列』極速積累現象而崩潰,結果就只能是『當機』的啊!

假使對比著『化學反應速率』方程式來看︰一個典型的『化學反應m A + n B \rightarrow C
r = - \frac{1}{m} \frac{d[A]}{dt} =  k \ [A]^{m} [B]^{n}
,此處 [X] 表示一種給定的反應物的『濃度』,k 表示此一反應的『速率常數』。這樣一個『二級反應速率』方程式就可以是 -\frac{d[A]}{dt} = k[A]^2 ,這個式子中的『負號』,就是這兩者最主要的差異的啊!可以解得 \frac{1}{[A(t)]} = \frac{1}{[A(0)]} + kt,它可是不會發生那個『無限大』的吧!除了『誇張的成長』 Hyperbolic growth 之外,在天文現象上『雙曲線』敘述『只來一次』的『彗星軌道』,或許說『偶然』與『必然』並非真是隔著『千山萬嶺』,就像追問什麼是『有生命』和『無生命』的『分界』一般,終究是『難以分說』的大自然『譜系』罷了的啊!!

切割一個『圓錐』可以得到好幾類『曲線』,而『雙曲線』是其中之一,在此我們僅就『雙曲函數y = \frac{1}{x} 的『性質』作點『鋪陳』。在數學上,如果 y \times x = 1,我們定義說 yx 的『乘法反元素』,然而只要 x \neq 0,如果 y = \frac{1}{x},那麼 y \times x = \frac{1}{x} \times x =1,也就是說『雙曲函數』將一個不為『』的『實數』對應到了『此數』的『乘法反元素』。於是『無窮小\epsilon 和『無限大H 並不能『孤立的講』,而是必須『對偶的談』,否則就可能發生『此矛彼盾』的現象。假使說 \epsilon = \lambda \delta x 而且 H = \frac{1}{\epsilon} = {\lambda}^ {-1} \frac{1}{ \delta x} ,此處 \lambda 是個『定量實數』,那麼依據一般『代數法則』,H \times \epsilon = \lambda \delta x \times {\lambda}^ {-1} \frac{1}{ \delta x} = 1 是對的嗎?所謂的『一碼歸一碼』 Case by Case 所指的『特定性』情況,就是『無窮小』數之『等級性』的另一種說法,由於『對偶性』的要求,對於『無限大』並不能夠脫離這個『脈絡』隨意『另外陳述』的啊!也就講包含了『其一』,又怎麽可以不包含了『另一』卻想期望『不矛盾』的呢??

那麼『雙曲函數』還有什麼重要性的嗎?舉例來說,我們該如何估計 n! 的近似值的呢?如果我們用『自然對數』來看,\ln{n!} =  \sum \limits_{k = 1}^{k = n} \ln{k}
\doteq \int_1^{n} \ln {[ x]} dx
{\doteq x \left( \ln {[ x]} - 1 \right)}{ |_{1} ^ {n}}
{\doteq n \ln { n} - n

再者, \int_{1}^{t} \ln{x} dx = \int_{t}^{t^2} \ln{x} dx 又說著哪種特性的呢?其次它的『反函數』是什麼函數的呢?這兩者又有什麼不同的特性的嗎?