数学的思维方式
数学从主要领域来讲,有几何学(欧几里得几何学,非欧几里得,派生的微分几何,拓扑学也可以放在里面),代数学(初高中方程,研究一元高次方程有没有根公式)。五次和五次以上的一般一元方程,不能用求根公式求解,除非方程的群是可解群(充要条件,伽罗瓦证明的),伽罗瓦的群论、域论。伽罗瓦的研究成果使得代数学从经典的研究方程的根转变为现代的(近世代数学)研究代数系统的结构和态射为中心,所谓代数系统是指具有代数运算的集合,研究代数系统的结构,群、环、域等等以及群之间、环之间的映射,这映射还要保持运算,叫作“态射”。分析学:牛顿和莱布尼兹创立的微积分在工程上有广泛应用。 注:陆俊的近世代数讲义,参考笔记1,2。 代数系统(Algebraic structure)也称代数结构,通常有三个组成部分: (1) 一个集和(研究对象),称为代数的载体; (2) 定义在载体上的若干运算; (3) 载体的若干特异元素(如幺元,零元,逆元等),称为代数常数。(对有些代数可以不含或不考虑代数常数) 什么是数学的思维方式? 高中的时候做题有用到数形结合是一种数学的思维方式,但是其实数学的思维方式是一个整体的,而不是某一部分或者说局部的。 数学的概念很多,数学是需要证明的。 观察客观现象(纷繁复杂),提出要研究的问题,从这角度抓住主要特征; 抽象出概念,或者建立数学模型; 探索要运用很多方法,比如直觉(各种经验),在一个具体例子中解剖(解剖麻雀,麻雀虽小五脏俱全),类比,数学归纳法(高中学的数列),联想,逻辑推理; 猜测,可能有的规律; 论证,论证只能用公理、定义和已经证明的定理,公理也就是大家的共识,比如两点决定一条直线,抽象的概念就是定义。论证的过程需要逻辑推理和计算; 揭示事物的内在规律(井然有序)。 1543年哥白尼《天体运行论》,1609年,1619年,开普勒分别发表《新天文学》,《世界之和谐》。除了对天体运动的研究,还有对地面物体运动的研究,比如一个向空中发射的炮弹,需要求解: (1) 瞬时速度; (2) 求运动曲线的切线; (3) 求函数的最大值和最小值; (4) 求求曲线长度,曲线围成的面积,曲面围成的体积。 解决这些问题是现实世界的客观需求,1666年,牛顿和莱布尼兹创立了微积分,解决了这四大问题。 例子:如果路程为\(s= 5t^2\),求\(t\)时刻的速度(瞬时速度),利用\(\Delta S/\Delta t\)可求解出\(\Delta t\)时间内的平均速度为\(10t+ 5\Delta t\)。牛顿认为\( \Delta t\)越小,就越接近\(t\)时刻的瞬时速度,根据运动的经验,他直接忽略含有\(\Delta \)的项,即得到\(10t\)。 最终结果虽然是对的,但是我们开始假定\( \Delta t\)不等于零,后面又认为\( \Delta t\)等于零而省去,逻辑上有矛盾。在之后的数学家通过各种努力想说清楚这个问题。 1841年,柯西说,让\( \Delta t\)无限趋近于零(无限过程),但不等于零这个极限时的速度就是瞬时速度,他认为\(\left|\displaystyle\frac{\Delta…