分享

笔记:科学大厦的基石:数学

 陆鼎夔 2017-09-20

看看数学史传奇的人物和故事。哪些前辈们对这门科学的不断贡献,才建立起了数学这座科学大厦的基石。




图片发自简书App

数学史是研究数学科学发展及其规律的科学 。简单说:就是研究数学的历史。

数学属于史学领域,又属于数学科学领域。它遵循史学规律,又遵循数理科学的规律 。

首先数学发展具有阶段性,根据这些阶段性的特点,就能看到数学史发展的全局,学术界,通常把数学发展分为以下五个时期:

数学萌芽期(公元前600年之前)

初等数学时期(公元前600年至17世纪中叶 )

变量数学时期(17世纪中叶至19世纪20年代 )

近代数学时期(19至20年代至第二次世界大战)

现代数学时期(20世纪40年代以来)

美国数学家,克莱因曾经说过:数学不仅是一种方法,一门艺术或一种语言。更主要是一门有着丰富内容的知识体系。




图片发自简书App

我们惊奇的发现:数学正在于自然科学家,社会科学家,哲学家,逻辑学家和艺术家,政治家和神学家的学说:形成紧密交叉,构成现代科学大厦的基础。

科学的发展,总是先与现实和目前需要而超前发展。从目前看:数学发展还有很大潜力, 特别是纯粹数学领域,还远远不够。

这是因为数学语言高度的抽象和严密逻辑想象力的浑然结合为一体。越来越难以有所突破,纯粹数学,数学发展史上的树干,而应用数学只是树叶上的小小的枝叶罢了。

人工智能,IC语言。以计算机识别语言的应用数学领域,还有更大的发展潜力 。大数据与建模应用领域,还会有更广阔得发展!

特别重要的是计算机智能化识别,人的意识 ,情感的识别,还仅仅在起步阶段,需要大发展的时代。

为什么?因为你看一下数学发展,同物理 ,化学,天文等其它领域去比较,就很清楚了 。就如同化学中的化学元素周期表,那些排列整齐的元素周期表中,为什么还有空缺 ?后来:化学发展史上的实践证明,化学家们不懈的努力,就补齐了这些空缺。

1,对整个文明发展的一个组成部分:这门科学在中国发展的状況,中国现存一部最古老数学《九章算术》。就有正负数运算法则,分数的四则运算,线形方程组的解法,比例计算与线行插值法,为世界数学史重要贡献。

《算经十书》也是中国数学对数学发展的贡献。中国在十四世纪以前,一直是在世界数学上最为发达的国家。

在50年代李约瑟在其巨著《中国科学技术史 》对中国数学史进行全面介绍。多国语言的文字译本,在世界各地出版。

2,古老的印度,也为数学发展作出重要贡献:在公元前500年,印度的一本《绳法经》就给出根号2的精确值,并己知勾股定理。公元499年,印度阿耶波多就著有文集,总结了当时印度的天文,算术,代数与三角学知识。

在公元628年,印度婆罗摩笈多著《婆罗摩历算法》已知圆内接四边形面积的计算,推进了一二次不定方程的研究。公元870年,印度出现了包括零的的十进制,到了公元1150年,印度《婆什迦罗文集》更是中世纪印度数学的代表作。

古老印度文明,对哲学,文学,佛教具有惊人的重大贡献。

南北朝时的祖冲之(公元409年至500年)他所发现得圆周率值,他曾经算出月球绕地球一周为时27,21223。难怪西方科学家,把月球上的许多火山口都命名为:祖冲之山。




图片发自简书App





图片发自简书App

商代的周公,公元前11世纪,就已知勾股定理。公元前1400年~公元前1100年,中国的殷墟甲骨文,已经有十进制计数法。

公元前300年,中国《孙子算经》成书,系统记述:筹算记数制,剩余定理的起源。

在公元1050年中国的贾宪提出了二项式系数表。公元1247年,中国的秦九昭柱《数书九章》求高次方程数值解的正负开方术。

公元1303年,中国的朱世杰著《四元玉鉴》研究了高阶等差数列求和问题。

3,古希腊数学贡献是以几何定理的演绎推理为特征的公理化数学模式,欧几里的《几何原理》

几何做图的三大问题,化圆为方,三等分角和二倍立方。

公元前380年,希腊柏拉图,在雅典创办的学院,着力培养统治世界的哲学王。主要通过几何的学习培养逻辑思维能力 。




图片发自简书App

公元前370年希腊的欧多克索斯,创立了比例论,公元前335年,欧多莫斯著《几何学史》

公元前287年至公元前212年,希腊的阿基米德,确立了大量复杂几何图形的面积和体积。给出了圆周率的上下键,提出了用力学方法推测问题的答案。

公元前225年希腊的阿波罗尼奥斯《圆锥曲线论》公元150年希腊托勒密著《天文学》发展三角学,计算用于天文学。

可以这么说吧:希腊是现代科学发展上的摇篮 ,欧洲文明发展的发源地。

到了17世纪和18世纪,微积分为代表获得長足的发展。文明和科学获得爆发性的增長。

中国南宋时期,曾经是世界头号强国。然而 ,16世纪后,中国显然科学技术显然落后了,跟不上世界现代数学发展的潮流。

目前中国社会的症结是:整个理论界,包括社会科学和自然科学,多学科门类的理论发展停止不前,不知为什么?老是坐在别人的研究成果基础上寻找方案。给未来的科学发展带来极大的隐患 。

在欧洲各国:德国,法国,英国,瑞士,匈牙利,俄罗斯,意大利,挪威,美国。著名的数学家,就像繁星一样崛起,那些伟大的天才数学家,此伏彼起,层恋迭出。

这二張照片艾萨克,牛顿(11643年1月4日至1727年3月31日)历史上最伟大的科学家 ,百科全书式的全才,首先是数学家和著名的物理学家。

在数学上与莱布尼茨分享微积分。证明了广义二项式定理。幂级数研究作出贡献。




图片发自简书App




图片发自简书App

在德国:高斯,黎曼,莱布尼茨,戴维,希尔博特,歌德巴赫,克莱因,开普勒。

这張是高斯象


图片发自简书App

在法国:笛卡儿,柯西拉格朗日,拉普拉斯,费马,泊松,嘉当,伽罗瓦,傅里叶。

在英国:艾萨克,牛顿。

在瑞士:欧拉,丹尼尔,伯努利。

匈牙利冯,诺依。

在俄罗斯:什尼列尔曼,布赫夕太勃,巴尔巴恩。

在意大利,蕾西。

在挪威:阿尔尔。

进位制是人类技术史上最伟大的创造之一。现在国际上通用的,主要是二进位制,十进位制,二十进制,六十进制。

二进位制数学发明 ,是人类科学的伟大贡献 。弗里德,威廉,莱布尼茨一本《二进制算术》对二进制及其运算,首次给出比较完整的描述。被誉为17世纪的亚里士多德。




图片发自简书App

这里列举的数家家,只是对于数学发展史上的科学家的少数。

哇塞!简直令人目不暇接呀!这些伟大的科学家,都是对科学技术发展里程碑式人物。

一,为什么要学数学?

学生时代数学课是我们的必须,学好了幸福生活就摆在你面前。因为一句老话:学好数理化,走遍天下都不怕。如若学不好,它会成为橫在我们人生眼前的一座大山,挡住前进的脚步 。

人的成材基础是什么?就是学思考会思考,一个人的思维方式,能决定成功和失败。数学就是教你思维方法的一门课。

世间所有的问题,你若深究起来,从数与数的关联,数与形的关系,都有数学的解题答案和物理的支配规律。

因为喜爱这门课。喜欢它抽象运算,喜欢它能够解决问题。喜欢它富含最优美的语言,用数学语言同它交流。懂它们,寻找解说它们的钥匙,花时间找思路。因为要弥补脑海中思维细密的空缺 。

二,以数论做一契角来看数学的研究。

数论就是研究整数性质的理论。数论就等于算术。整数的基本元素是素数,所以数论本质就是对素数性质的研究。

数论:数字系统中所有数特征,包括质数的性质等。研究整数叫做整数论。整数的研究,又进一步发展叫做数论,确切说:数论就是一门研究整数性质的学科。质数是整个数论的研究基石。

素论的研究,证明的过程,各类猜想定理的证明,现在还不完善,还有待完整。然而它是整个数学的理论根基之一。

1,初等数论,内容包括:算术的基本定理,欧几里得的质数无限证明,中国剩余定理,欧拉定理,高斯的二次互反律,勾股方程的商高定理,佩尔方程的连分数求解法。

2,解析数论,借助微积分及复分析(复变函数)来研究整数的问题。

3,代数数论,关于代数整数的研究,将整数环的数论性质研究扩展。解决不定方程求解的问题。




图片发自简书App

4,几何数论,通过几何的观点研究整数。

5,计算数论,接助电脑算法帮助数论的问题。例如素数测试,因式分解等。

6,超越数论,研究速度的超越等。




图片发自简书App

7,组合数论适用组合的方法完成数论问题的证明,也可以做一些组合极值的证明,其中用到了一些数的数论性质。

8,算术代数几何 。这是素数发展到目前为止最深刻最前沿的领域,可谓集大成者。它是从代数几何的观点出发,通过数学工具起研究数论性质,比如证明:费马猜想。

当代数论一个重要的研究指导纲领,就是著名的朗兰兹纲领。

以及哥德巴赫猜想,孪生素数猜想,是否存在无穷多的梅森素数,费马猜想,黎曼猜想 。以上是数论研究课题,有得己被攻克。




图片发自简书App

这張图是哥德巴赫的照片。

哥德巴赫出生在1690年3月18日,德国数学家,先在英国牛津大学学习,后来被选为彼得堡科学院院士。他给好友欧拉的一封信里,陈述了著名的:猜想哥德巴赫猜想。

a,任何一个大于和小于六的偶数都可以表示成两个奇昏数之和。

b,任何一个小于九和等于9的起数,都可以表示成为三个奇质数之和。

哥德巴赫猜想的研究进展:十八,十九世纪,所有数论专家对这个猜想的证明都没有实质进展。

1920年为布朗证明了9+9,1924年德国的拉特马赫,证明了7+7,1932年英国的艾斯特曼证明了6+6,1937年意大利的蕾西先后证明了5+7,4+9,3+15,2+366,1938年苏联的布赫西太勃,证明了4+4,1956年中国的王元,证明了3+4,1962年中国的潘承洞和苏联的巴尔巴恩证明1+5,中国的王元证明1+4,1965年苏联的布赫夕太勃和小维诺拉多夫,意大利的朋比利,证明了1+3。1966年中国的陈景润证明1+2。

三,什么是数学?

数学是一个非常抽象和美妙的世界。数学是宇宙间的一种语言,事物内在的规律 。

中科院院士杨乐在一篇文章中,中学阶段如何学好数学。数学不仅是一门基础,更是对思维进行很好的训练。

思维的方法正不正确?角度对不对?因为在解题的过程会出错。不断地纠正解题过程中犯错,才知道你思考问题时为什么?常常在犯错。

首先要对数学感兴趣,兴趣才是最好的老师 。兴趣这个东西很怪,你感兴趣啦?你喜欢它啦?那么你就学会它了,懂得它了,通过这种运算,你和它在进行交流。

数学分二个领域,其一纯粹数学。其二,应用数学。

三,纯粹数学的分类:

1,数字系统,数字有几种不同的系统:

自然数,整数以及算术运算。

复数,我们把形如a十bi(ab均为实数)的数称为复数。复数有四则运算。a为实部,b为虚部,i称为虚数单位。




图片发自简书App

实数,有理数和无理数统称为实数。




图片发自简书App

四元数是由爱尔兰数学家,威廉,卢云,哈米顿在1843年发现数学概念。四元数是复数不可交换的延伸,如果把四元数集合考虑成多维空间的话,四元数就代表一个四维空间 ,相对于复数为二维空间。




图片发自简书App

基数。在数学上基数也叫势,指集合论中刻画任意集合所含元素数量多少的一个概念。如,三个人集合三匹马可以建立一一对应是两个对等的集合。它可以分在语言,军事上 。基数可以比较大小,是个数概念的推广。

八元数,通过实数构造而成的八维向量空间 ,能够解释宇宙维度。八元数最古怪的数系 ,但是它在粒子物理相互作用,十维空间中 ,有很好的应用前景。

2,结构,数论,质数的性质:比如,歌德巴赫猜想,孪生质数猜想。矢量和矩阵,多维数,变量代入方程。

3,组合数学,研究可数或离散对象的数学分支。树,图论等。如地图着色问题,船夫过河问题等。

图论,图论是数学的一个分支,它以图为研究对象。历史上有一个著名的四色猜想。

几何拓扑学是19世纪形成的一门数学分支,七桥问题,多面体欧拉定理,四色问题,都是拓扑学发展史的重要里程碑。

四色问题,又称四色猜想,是世界近代三大数学难题之一。1976年,美国数学家阿佩尔与哈肯,在美国伊利诺斯大学的两台不同电子计算机上,用了1200个小时,作了100亿判断,终于完成四色定理的证明。

下图是过桥问题,如果从某地出发一次,沿着各个桥,必须经过一次最终回到原地。

大数学家欧拉,在1736年用图的方法解决了该问题。




图片发自简书App

4,群论,则是研究名为群的代数法结构,比如:魔方就是个例子。

伽罗瓦群理论的伽罗瓦




图片发自简书App



四,应用数学。微分方程。用于经典力学和量子力学。场论,应用于电磁场。群论,应用到粒子物理学。

做为现代社会的人,我们当然要对现代科学的基石,数学有一个基本的了解。否则就造成了我们的知识盲区,怎么能在现代社会中很好的生存呢?

(要细化还得化大量时间,充实本文)

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多