科學大廈的基石數學《四》

看看數學史傳奇的人物和故事槽惫。哪些前輩們對這門科學的不斷貢獻论泛,才建立起了數學這座科學大廈的基石。

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數學史是研究數學科學發(fā)展及其規(guī)律的科學 所禀。簡單說:就是研究數學的歷史方面。

數學屬于史學領域,又屬于數學科學領域色徘。它遵循史學規(guī)律恭金,又遵循數理科學的規(guī)律 。

首先數學發(fā)展具有階段性褂策,根據這些階段性的特點横腿,就能看到數學史發(fā)展的全局颓屑,學術界,通常把數學發(fā)展分為以下五個時期:

數學萌芽期(公元前600年之前)

初等數學時期(公元前600年至17世紀中葉 )

變量數學時期(17世紀中葉至19世紀20年代 )

近代數學時期(19至20年代至第二次世界大戰(zhàn))

現代數學時期(20世紀40年代以來)

美國數學家耿焊,克萊因曾經說過:數學不僅是一種方法揪惦,一門藝術或一種語言。更主要是一門有著豐富內容的知識體系罗侯。

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我們驚奇的發(fā)現:數學正在于自然科學家器腋,社會科學家,哲學家钩杰,邏輯學家和藝術家纫塌,政治家和神學家的學說:形成緊密交叉,構成現代科學大廈的基礎讲弄。

科學的發(fā)展措左,總是先與現實和目前需要而超前發(fā)展。從目前看:數學發(fā)展還有很大潛力垂睬, 特別是純粹數學領域媳荒,還遠遠不夠。

這是因為數學語言高度的抽象和嚴密邏輯想象力的渾然結合為一體驹饺。越來越難以有所突破钳枕,純粹數學,數學發(fā)展史上的樹干赏壹,而應用數學只是樹葉上的小小的枝葉罷了鱼炒。

人工智能,IC語言蝌借。以計算機識別語言的應用數學領域昔瞧,還有更大的發(fā)展?jié)摿?。大數據與建模應用領域菩佑,還會有更廣闊得發(fā)展自晰!

特別重要的是計算機智能化識別,人的意識 稍坯,情感的識別酬荞,還僅僅在起步階段,需要大發(fā)展的時代瞧哟。

為什么混巧?因為你看一下數學發(fā)展,同物理 勤揩,化學咧党,天文等其它領域去比較,就很清楚了 陨亡。就如同化學中的化學元素周期表傍衡,那些排列整齊的元素周期表中深员,為什么還有空缺 ?后來:化學發(fā)展史上的實踐證明蛙埂,化學家們不懈的努力辨液,就補齊了這些空缺。

1箱残,對整個文明發(fā)展的一個組成部分:這門科學在中國發(fā)展的狀況,中國現存一部最古老數學《九章算術》止吁。就有正負數運算法則被辑,分數的四則運算,線形方程組的解法敬惦,比例計算與線行插值法盼理,為世界數學史重要貢獻。

《算經十書》也是中國數學對數學發(fā)展的貢獻俄删。中國在十四世紀以前宏怔,一直是在世界數學上最為發(fā)達的國家。

在50年代李約瑟在其巨著《中國科學技術史 》對中國數學史進行全面介紹畴椰。多國語言的文字譯本臊诊,在世界各地出版。

2斜脂,古老的印度抓艳,也為數學發(fā)展作出重要貢獻:在公元前500年,印度的一本《繩法經》就給出根號2的精確值帚戳,并己知勾股定理玷或。公元499年,印度阿耶波多就著有文集片任,總結了當時印度的天文偏友,算術,代數與三角學知識对供。

在公元628年位他,印度婆羅摩笈多著《婆羅摩歷算法》已知圓內接四邊形面積的計算,推進了一二次不定方程的研究犁钟。公元870年棱诱,印度出現了包括零的的十進制,到了公元1150年涝动,印度《婆什迦羅文集》更是中世紀印度數學的代表作迈勋。

古老印度文明,對哲學醋粟,文學靡菇,佛教具有驚人的重大貢獻重归。

南北朝時的祖沖之(公元409年至500年)他所發(fā)現得圓周率值,他曾經算出月球繞地球一周為時27厦凤,21223鼻吮。難怪西方科學家,把月球上的許多火山口都命名為:祖沖之山较鼓。

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商代的周公椎木,公元前11世紀,就已知勾股定理博烂。公元前1400年~公元前1100年香椎,中國的殷墟甲骨文,已經有十進制計數法禽篱。

公元前300年畜伐,中國《孫子算經》成書,系統(tǒng)記述:籌算記數制躺率,剩余定理的起源玛界。

在公元1050年中國的賈憲提出了二項式系數表。公元1247年悼吱,中國的秦九昭柱《數書九章》求高次方程數值解的正負開方術慎框。

公元1303年,中國的朱世杰著《四元玉鑒》研究了高階等差數列求和問題舆绎。

3鲤脏,古希臘數學貢獻是以幾何定理的演繹推理為特征的公理化數學模式,歐幾里的《幾何原理》

幾何做圖的三大問題吕朵,化圓為方猎醇,三等分角和二倍立方。

公元前380年努溃,希臘柏拉圖硫嘶,在雅典創(chuàng)辦的學院,著力培養(yǎng)統(tǒng)治世界的哲學王梧税。主要通過幾何的學習培養(yǎng)邏輯思維能力 沦疾。

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公元前370年希臘的歐多克索斯,創(chuàng)立了比例論第队,公元前335年哮塞,歐多莫斯著《幾何學史》

公元前287年至公元前212年,希臘的阿基米德凳谦,確立了大量復雜幾何圖形的面積和體積忆畅。給出了圓周率的上下鍵,提出了用力學方法推測問題的答案尸执。

公元前225年希臘的阿波羅尼奧斯《圓錐曲線論》公元150年希臘托勒密著《天文學》發(fā)展三角學家凯,計算用于天文學缓醋。

可以這么說吧:希臘是現代科學發(fā)展上的搖籃 ,歐洲文明發(fā)展的發(fā)源地绊诲。

到了17世紀和18世紀送粱,微積分為代表獲得長足的發(fā)展。文明和科學獲得爆發(fā)性的增長掂之。

中國南宋時期抗俄,曾經是世界頭號強國。然而 世舰,16世紀后橄镜,中國顯然科學技術顯然落后了,跟不上世界現代數學發(fā)展的潮流冯乘。

目前中國社會的癥結是:整個理論界,包括社會科學和自然科學晒夹,多學科門類的理論發(fā)展停止不前裆馒,不知為什么?老是坐在別人的研究成果基礎上尋找方案丐怯。給未來的科學發(fā)展帶來極大的隱患 喷好。

在歐洲各國:德國,法國读跷,英國梗搅,瑞士,匈牙利效览,俄羅斯无切,意大利,挪威丐枉,美國哆键。著名的數學家,就像繁星一樣崛起瘦锹,那些偉大的天才數學家示损,此伏彼起忽冻,層戀迭出。

這二張照片艾薩克,牛頓(11643年1月4日至1727年3月31日)歷史上最偉大的科學家 会烙,百科全書式的全才,首先是數學家和著名的物理學家失暴。

在數學上與萊布尼茨分享微積分邀层。證明了廣義二項式定理。冪級數研究作出貢獻辫红。

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在德國:高斯凭涂,黎曼祝辣,萊布尼茨,戴維切油,希爾博特蝙斜,歌德巴赫,克萊因澎胡,開普勒孕荠。

這張是高斯象

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在法國:笛卡兒,柯西拉格朗日攻谁,拉普拉斯稚伍,費馬,泊松戚宦,嘉當个曙,伽羅瓦,傅里葉受楼。

在英國:艾薩克垦搬,牛頓。

在瑞士:歐拉艳汽,丹尼爾猴贰,伯努利。

匈牙利馮河狐,諾依米绕。

在俄羅斯:什尼列爾曼,布赫夕太勃馋艺,巴爾巴恩栅干。

在意大利,蕾西捐祠。

在挪威:阿爾爾非驮。

進位制是人類技術史上最偉大的創(chuàng)造之一。現在國際上通用的雏赦,主要是二進位制劫笙,十進位制,二十進制星岗,六十進制填大。

二進位制數學發(fā)明 ,是人類科學的偉大貢獻 俏橘。弗里德允华,威廉,萊布尼茨一本《二進制算術》對二進制及其運算,首次給出比較完整的描述靴寂。被譽為17世紀的亞里士多德磷蜀。

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這里列舉的數家家,只是對于數學發(fā)展史上的科學家的少數百炬。

哇塞褐隆!簡直令人目不暇接呀!這些偉大的科學家剖踊,都是對科學技術發(fā)展里程碑式人物庶弃。

一,為什么要學數學德澈?

學生時代數學課是我們的必須歇攻,學好了幸福生活就擺在你面前。因為一句老話:學好數理化梆造,走遍天下都不怕缴守。如若學不好,它會成為橫在我們人生眼前的一座大山镇辉,擋住前進的腳步 斧散。

人的成材基礎是什么?就是學思考會思考摊聋,一個人的思維方式,能決定成功和失敗栈暇。數學就是教你思維方法的一門課麻裁。

世間所有的問題,你若深究起來源祈,從數與數的關聯煎源,數與形的關系,都有數學的解題答案和物理的支配規(guī)律香缺。

因為喜愛這門課手销。喜歡它抽象運算,喜歡它能夠解決問題图张。喜歡它富含最優(yōu)美的語言锋拖,用數學語言同它交流。懂它們祸轮,尋找解說它們的鑰匙兽埃,花時間找思路。因為要彌補腦海中思維細密的空缺 适袜。

二柄错,以數論做一契角來看數學的研究。

數論就是研究整數性質的理論。數論就等于算術售貌。整數的基本元素是素數给猾,所以數論本質就是對素數性質的研究。

數論:數字系統(tǒng)中所有數特征颂跨,包括質數的性質等敢伸。研究整數叫做整數論。整數的研究毫捣,又進一步發(fā)展叫做數論详拙,確切說:數論就是一門研究整數性質的學科。質數是整個數論的研究基石蔓同。

素論的研究饶辙,證明的過程,各類猜想定理的證明斑粱,現在還不完善弃揽,還有待完整。然而它是整個數學的理論根基之一则北。

1矿微,初等數論,內容包括:算術的基本定理尚揣,歐幾里得的質數無限證明涌矢,中國剩余定理,歐拉定理快骗,高斯的二次互反律娜庇,勾股方程的商高定理,佩爾方程的連分數求解法方篮。

2名秀,解析數論,借助微積分及復分析(復變函數)來研究整數的問題藕溅。

3匕得,代數數論,關于代數整數的研究巾表,將整數環(huán)的數論性質研究擴展汁掠。解決不定方程求解的問題。

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4集币,幾何數論调塌,通過幾何的觀點研究整數。

5惠猿,計算數論羔砾,接助電腦算法幫助數論的問題负间。例如素數測試,因式分解等姜凄。

6政溃,超越數論,研究速度的超越等态秧。

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7董虱,組合數論適用組合的方法完成數論問題的證明,也可以做一些組合極值的證明申鱼,其中用到了一些數的數論性質愤诱。

8,算術代數幾何 捐友。這是素數發(fā)展到目前為止最深刻最前沿的領域淫半,可謂集大成者。它是從代數幾何的觀點出發(fā)匣砖,通過數學工具起研究數論性質科吭,比如證明:費馬猜想。

當代數論一個重要的研究指導綱領猴鲫,就是著名的朗蘭茲綱領对人。

以及哥德巴赫猜想,孿生素數猜想拂共,是否存在無窮多的梅森素數牺弄,費馬猜想,黎曼猜想 宜狐。以上是數論研究課題势告,有得己被攻克。

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這張圖是哥德巴赫的照片肌厨。

哥德巴赫出生在1690年3月18日,德國數學家豁陆,先在英國牛津大學學習柑爸,后來被選為彼得堡科學院院士。他給好友歐拉的一封信里盒音,陳述了著名的:猜想哥德巴赫猜想表鳍。

a,任何一個大于和小于六的偶數都可以表示成兩個奇昏數之和祥诽。

b譬圣,任何一個小于九和等于9的起數,都可以表示成為三個奇質數之和雄坪。

哥德巴赫猜想的研究進展:十八厘熟,十九世紀,所有數論專家對這個猜想的證明都沒有實質進展。

1920年為布朗證明了9+9绳姨,1924年德國的拉特馬赫登澜,證明了7+7,1932年英國的艾斯特曼證明了6+6飘庄,1937年意大利的蕾西先后證明了5+7脑蠕,4+9,3+15跪削,2+366谴仙,1938年蘇聯的布赫西太勃,證明了4+4碾盐,1956年中國的王元晃跺,證明了3+4,1962年中國的潘承洞和蘇聯的巴爾巴恩證明1+5廓旬,中國的王元證明1+4哼审,1965年蘇聯的布赫夕太勃和小維諾拉多夫,意大利的朋比利孕豹,證明了1+3涩盾。1966年中國的陳景潤證明1+2。

三励背,什么是數學春霍?

數學是一個非常抽象和美妙的世界。數學是宇宙間的一種語言叶眉,事物內在的規(guī)律 址儒。

中科院院士楊樂在一篇文章中,中學階段如何學好數學衅疙。數學不僅是一門基礎莲趣,更是對思維進行很好的訓練。

思維的方法正不正確饱溢?角度對不對喧伞?因為在解題的過程會出錯。不斷地糾正解題過程中犯錯绩郎,才知道你思考問題時為什么潘鲫?常常在犯錯。

首先要對數學感興趣肋杖,興趣才是最好的老師 溉仑。興趣這個東西很怪,你感興趣啦状植?你喜歡它啦浊竟?那么你就學會它了怨喘,懂得它了,通過這種運算逐沙,你和它在進行交流哲思。

數學分二個領域,其一純粹數學吩案。其二棚赔,應用數學。

三徘郭,純粹數學的分類:

1靠益,數字系統(tǒng),數字有幾種不同的系統(tǒng):

自然數残揉,整數以及算術運算胧后。

復數,我們把形如a十bi(ab均為實數)的數稱為復數抱环。復數有四則運算壳快。a為實部,b為虛部镇草,i稱為虛數單位眶痰。

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實數,有理數和無理數統(tǒng)稱為實數梯啤。

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四元數是由愛爾蘭數學家竖伯,威廉,盧云因宇,哈米頓在1843年發(fā)現數學概念七婴。四元數是復數不可交換的延伸,如果把四元數集合考慮成多維空間的話察滑,四元數就代表一個四維空間 打厘,相對于復數為二維空間。

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基數贺辰。在數學上基數也叫勢户盯,指集合論中刻畫任意集合所含元素數量多少的一個概念。如魂爪,三個人集合三匹馬可以建立一一對應是兩個對等的集合先舷。它可以分在語言艰管,軍事上 滓侍。基數可以比較大小牲芋,是個數概念的推廣撩笆。

八元數捺球,通過實數構造而成的八維向量空間 ,能夠解釋宇宙維度夕冲。八元數最古怪的數系 氮兵,但是它在粒子物理相互作用,十維空間中 歹鱼,有很好的應用前景泣栈。

2,結構弥姻,數論南片,質數的性質:比如,歌德巴赫猜想庭敦,孿生質數猜想疼进。矢量和矩陣,多維數秧廉,變量代入方程伞广。

3,組合數學疼电,研究可數或離散對象的數學分支嚼锄。樹,圖論等澜沟。如地圖著色問題灾票,船夫過河問題等。

圖論茫虽,圖論是數學的一個分支刊苍,它以圖為研究對象。歷史上有一個著名的四色猜想濒析。

幾何拓撲學是19世紀形成的一門數學分支正什,七橋問題,多面體歐拉定理号杏,四色問題婴氮,都是拓撲學發(fā)展史的重要里程碑。

四色問題盾致,又稱四色猜想主经,是世界近代三大數學難題之一。1976年庭惜,美國數學家阿佩爾與哈肯罩驻,在美國伊利諾斯大學的兩臺不同電子計算機上,用了1200個小時护赊,作了100億判斷惠遏,終于完成四色定理的證明砾跃。

下圖是過橋問題,如果從某地出發(fā)一次节吮,沿著各個橋抽高,必須經過一次最終回到原地。

大數學家歐拉透绩,在1736年用圖的方法解決了該問題翘骂。

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4,群論帚豪,則是研究名為群的代數法結構雏胃,比如:魔方就是個例子。

伽羅瓦群理論的伽羅瓦

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四志鞍,應用數學瞭亮。微分方程。用于經典力學和量子力學固棚。場論统翩,應用于電磁場。群論此洲,應用到粒子物理學厂汗。

做為現代社會的人,我們當然要對現代科學的基石呜师,數學有一個基本的了解娶桦。否則就造成了我們的知識盲區(qū),怎么能在現代社會中很好的生存呢汁汗?

(要細化還得化大量時間衷畦,充實本文)

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