通常认为,高等数学是由17世纪后
微积分学
,较深入的代数学、
几何学
以及它们之间的交叉内容所形成的一门
基础学科
。相对于初等数学和中等数学而言,学的数学较难,属于大学教程,因此常称“高等数学”,在课本常称“
微积分
”,
理工科
的不同专业。文史科各类专业的学生,学的数学稍微浅一些,文史科的不同专业,深浅程度又各不相同。研究变量的是高等数学,可高等数学并不只研究变量。至于与“高等数学”相伴的课程通常有:
线性代数
(
数学专业
学
高等代数
),概率论与数理统计(有些数学专业分开学)。
初等
数学研究
的是常量与匀变量,高等数学研究的是非匀变量。高等数学(它是几门课程的总称)是理、
工科院校
一门重要的基础学科,也是非数学专业
理工科
专业学生
的必修
数学课
,也是其它某些专业的必修课。
变量与函数的研究
作为一门
基础科学
,高等数学有其固有的特点,这就是高度的抽象性、严密的
逻辑性
和广泛的应用性。抽象性和计算性是数学最基本、最显著的特点,有了高度抽象和统一,我们才能深入地揭示其本质规律,才能使之得到更广泛的应用。严密的逻辑性是指在数学理论的归纳和整理中,无论是概念和表述,还是判断和推理,都要运用逻辑的规则,遵循思维的规律。所以说,数学也是一种思想方法,学习数学的过程就是思维训练的过程。
人类社会
的进步,与数学这门科学的广泛应用是分不开的。尤其是到了现代,电子
计算机
的出现和普及使得数学的
应用领域
更加拓宽,
现代数学
正成为科技发展的强大动力,同时也广泛和深入地渗透到了
社会科学
领域。
1691年,法国数学家
米歇尔·罗尔
提出
罗尔定理
,对
代数学
的发展起了重要作用,是
微分学
中的几个
中值定理
之一,是导数应用的理论基础。另一名法国数学家拉格朗建立微分学中的几个中值定理之一,弥补了罗尔定理中的不足条件,并建立拉格朗日乘法。法国数学家
洛必达
在1696年建立
洛必达法则
,并发表了著作《阐明曲线的无穷小于分析》,它是
微积分学
方面最早的教科书,洛必达法则是对
柯西中值定理
结合未定式极限推出的一种求导方法,实现了简便实用的数学原则。
德国数学家莱布尼茨和英国科学家牛顿先后独立建立了微积分,牛顿建立了围绕
万有引力定律
的相关
数学公式
,莱布尼茨在级数
收敛性质
中提出了莱布尼茨判别法。
瑞士
科学家伯努利1738年的著作《流体动力学》提出了“流速增加、压强降低”的
伯努利原理
,写出了流体力学的方程,称之为
伯努利方程
。
19世纪以前确立的几何、代数、分析三大数学分支中,前两个都原是初等数学的分支,其后又发展了属于高等数学的部分,而只有分析从一开始就属于高等数学。分析的基础——
微积分
被认为是“变量的数学”的开始,因此,研究变量是高等数学的特征之一。原始的变量概念是
物质世界
变化的诸量的直接抽象,
现代数学
中变量的概念包含了更高层次的抽象。如
数学分析
中研究的限于
实变量
,而其他数学分支所研究的还有取复数值的复变量和向量、张量形式的,以及各种
几何量
、
代数量
,还有取值具有
偶然性
的
随机变量
、模糊变量和变化的(概率)空间——范畴和
随机过程
。描述变量间
依赖关系
的概念由函数发展到泛函、变换以至于函子。与初等数学一样,高等数学也研究空间形式,只不过它具有更高层次的抽象性,并反映变化的特征,或者说是在变化中研究它。例如,曲线、曲面的概念已发展成一般的
流形
。按照
埃尔朗根纲领
,几何是关于图形在某种
变换群
下不变性质的理论,这也就是说,几何是将各种空间形式置于变换之下来研究的。
写满公式的纸
无穷进入数学,这是高等数学的又一特征。现实世界的各种事物都以有限的形式出现,无穷是对他们的共同本质的一种概括。所以,无穷进入数学是数学高度理论化、抽象化的反映。数学中的无穷以
潜无穷
和
实无穷
两种形式出现。在极限过程中,变量的变化是无止境的,属于潜无穷的形式。而
极限值
的存在又反映了实无穷过程。最基本的极限过程是数列和函数的极限。数学分析以它为基础,建立了刻画函数局部和总体特征的各种概念和有关理论,初步成功地描述了现实世界中的非均匀变化和运动。另外一些形式上更为抽象的极限过程,在别的数学学科中也都起着基本的作用。还有许多学科的研究对象本身就是无穷多的个体,也就说是无穷集合,例如群、环、域之类及各种抽象空间。这是数学中的实无穷。能够处理这类无穷集合,是数学水平与能力提高的表现。为了处理这类无穷集合,数学中引进了各种结构,如
代数结构
、
序结构
和拓扑结构。另外还有一种度量结构,如抽象空间中的
范数
、距离和测度等,它使得个体之间的关系定量化、数字化,成为数学的定性描述和定量计算两方面的桥梁。上述结构使得这些无穷集合具有丰富的内涵,能够彼此区分,并由此形成了众多的数学学科。
数学的计算性方面。在初等数学中甚至占了主导的地位。它在高等数学中的地位也是明显的,高等数学除了有很多理论性很强的学科之外,也有一大批计算性很强的学科,如
微分方程
、计算数学、统计学等。在高度抽象的理论装备下,这些学科才有可能处理
现代科学技术
中的复杂计算问题。