数学的思维方式

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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…

混沌与分形

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混沌 气象学家洛伦兹发现稍微修改计算的条件,比如“输入数据”中小数点后保留的位数,或者计算的起始点稍微变化,都会导致随着时间的延长,后一次模拟的结果和前一次模拟的结果之间差别越来越大。他抓住这突发的事件,经过反复思考,后来这个地方就产生了一门新的学问。洛伦兹是混沌理论的少有几位创立者之一,他在1963年发表的关于混沌理论的开创性研究在被冷落了12年之久以后才得到广泛承认,并很快引发对混沌研究的热潮,由此诞生和发展起了一门新兴学科—混沌理论,成为现代新兴学科的代表。 【混沌理论】是关于非线性系统在一定参数条件下展现分岔、周期运动与非周期运动相互纠缠,以至于通向某种非周期有序运动的理论。 【蝴蝶效应】(初始值的微小变化极大影响结果); 【非线性现象】(多个因素相互影响/约束,未知函数有非线性项),其实就是蝴蝶效应的原因; 典型的混沌现象: 天气预报,长期天气预报注定失败(微小的变化会影响很远很远)。 三体问题。 混沌和随机运动的差异:外在表现和纯粹的随机运动很相似,即都不可预测。但和随机运动不同的是,混沌运动在动力学上是确定的,它的不可预测性是来源于运动的不稳定性,或者说混沌系统对无限小的初值变动和微扰也具有敏感性,无论多小的扰动在长时间以后,也会使系统彻底偏离原来的演化方向。 物理学家们喜欢想,人们要做的全部事情就是说:这些是条件,下一步将发生什么?— 费曼 (这句话是说必然性、确定性的思维方式,而混沌与分形在思想方法上对我们来说是一个冲击。) To see a World in a Grain of Sand And a Heaven in a Wild Flower, Hold Infinity in the palm of your hand And Eternity in an hour. — William Blake 单摆来回摆动的轨迹是一样的,但是【双杆摆】(Double-compound-pendulum)将呈现混沌行为。 从开始略微不同的初始条件摆杆将导致一个完全不同的轨迹。双杆摆是具有混沌方案最简单的动力系统之一。 【洛伦兹吸引子】,以其双纽线形状而著称,映射展示出动力系统(三维系统的三个变量)的状态是如何以一种复杂且不重复的模式,随时间的推移而演变的,对应方程组(第二个和第三个方程非线性)如下。(交互动画参考Lorenz…

拓扑空间

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    https://zhuanlan.zhihu.com/p/123055646 https://zhuanlan.zhihu.com/p/54516805 视频 椭圆和圆是同胚的,数字8和B是同胚的,带手柄的杯子和甜甜圈是同胚的,都可以通过连续变化转化成对方。同胚给人们提供了透过现象看本质的思考方式。 4. 拓扑空间 欧几里得几何学需要内积,但连续的概念不需要内积,甚至不需要距离。例如:社交圈的描述;学号的指定是“连续”的。 仔细考察连续的概念,其实它需要的是开集。 \( \forall \varepsilon>0\), \( \exists \delta>0\), \(\left(\left|x-x_{0}\right|<\delta\right) \Rightarrow\left(\left|f(x)-f\left(x_{0}\right)\right|<\varepsilon\right)\) 记\(x_{0} \in D \subset \mathbf{R}\),$$\begin{aligned} &O\left(x_{0}, \delta\right)=\left\{x ;\left|x-x_{0}\right|<\delta\right\} \\ &O\left(f\left(x_{0}\right), \varepsilon\right)=\left\{y ;\left|y-f\left(x_{0}\right)\right|<\varepsilon\right\} \end{aligned}$$那么可定义连续为:$$\begin{aligned} &\forall \varepsilon>0, \exists \delta>0 \\ &f\left(O\left(x_{0}, \delta\right) \cap D\right) \subset O\left(f\left(x_{0}\right), \varepsilon\right) \end{aligned}$$即,用开集可以定义连续。 设\(X\)是任一集合\(\tau \in 2^{X}\),若满足:…

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[mathjax] $$F\left(R_{\infty}\right)=a e^{\lambda_{2} t}+c=ae^{-\frac{p_{e}}{p_{1}+p_{e}+s \exp (\frac{-E}{k T})+p_t} (s \exp (\frac{-E}{k T})+p_t)t}+c$$ $$W=W_{R}+W_{N R}$$ $$W=\frac{1}{\tau(T)}=\frac{1}{\tau_{R}}+\frac{1}{\tau_{N R}}$$ $$E_{\mathrm{nr}}=0.249 \,\mathrm{eV}$$ $$A_{\mathrm{nr}}=2.55 \times 10^{11} \,\mathrm{sec}^{-1}$$ $$k_{\mathrm{rad}}^{-1}=1.39 \,\mu \mathrm{sec}$$   $$\tau=\left[k_{\mathrm{rad}}+A_{\mathrm{nr}} \exp \left(\frac{-E_{\mathrm{nr}}}{k T}\right)\right]^{-1}$$   $$\lambda_{2} \approx-\frac{p_{m}}{p_{1}+p_{e}+p_{m}} p_{e}=-\frac{p_{e}}{p_{1}+p_{e} +s \exp (\frac{-E}{k T})} s \exp (\frac{-E}{k T})$$   $$b = -\frac{p_{e}}{p_{1}+p_{e}+p_{m}} s$$ $$F\left(R_{\infty}\right)=a…

铌酸锂的用途

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无线电报的原理 为什么玻璃透明 NaCl熔点高但是易溶于水 为什不用直流电  

电和磁的补充拓展

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[mathjax] 正(余)弦交流电路  1. 电路中的能量,可以分为电磁能量和非电磁能量,其中电磁能量又可以分为磁场能量和电场能量。 2. 电路中可能存在“能量转换”和“能量交换”两个物理过程,前者是指电能和非电能之间的转换,常用电源和电阻来模拟,在这个过程中要消耗或产生的电能称为有功。能量交换是指电场能量与磁场能量的交换,常用电感和电容来模拟,在这个过程中电能并没有被消耗或增加,电工学中称该电路消耗无功。 3. 电阻的功率\(  I^2R\),电感存储的能量为\(\frac { LI^2 }{ 2 }   \),电容存储的能量为\( \frac { Q^2 }{2  C}  \)。 从平均功率的角度来看,有效电压/电流可以认为是交流电路最大电压/电流除以\(  \sqrt 2\),推导如下:(其中\(  V(t)\)是随时间变换的电源电压)$$\frac { \int _{ 0 }^{ \frac {2\pi }{ \omega } }\sin^2(\omega t) }{\frac {2\pi }{ \omega } } =\frac { 1 }{…

Quantum Physcis—Basic Concepts

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videos     lecture notes  图床Quantum Physcis-img/ Key Features of Quantum Mechanics Quantum physics is the result of applying the framework of quantum mechanics to different physical phenomena.[mathjax] Quantum Optics—applied to light and optical devices Quantum Electrodynamics—applied to elelctromagnetism Quantum Gravity—applied to gravitation The era of quantum physics…

汇报

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  $$\begin{aligned} &\frac{d m}{d t}=-p_{g} m+p_{3} m_{e 2}\\ &\frac{d m_{e 2}}{d t}=p_{g} m-p_{2} m_{e 2}-p_{3} m_{e 2}=p_{g} m-\left(p_{2}+p_{3}\right) m_{e 2} \end{aligned}$$ [mathjax] $$\frac{d}{d t}\left[\begin{array}{ccc} m \\ m_{e 2} \end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc} -p_{g} & p_{3} \\ p_{g} & -\left(p_{2}+p_{3}\right) \end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc} m \\ m_{e 2} \end{array}\right]$$ 方程的解为\(  \left[\begin{array}{cc} m \\ m_{e…

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