Videnskaben | |
Matematik | |
---|---|
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Matematik ( oldgræsk μᾰθημᾰτικά [1] < μάθημα "studie; videnskab") er en eksakt ( formel ) videnskab [2] , der oprindeligt studerede kvantitative relationer og rumlige former [3] . I en mere moderne forstand er dette videnskaben om relationer mellem objekter , som intet vides om, bortset fra nogle egenskaber, der beskriver dem, netop dem, der er sat som aksiomer til grund for en eller anden matematisk teori [4] .
Matematik har historisk udviklet sig på basis af operationerne med at tælle, måle og beskrive objekters form [5] . Matematiske objekter skabes ved at idealisere egenskaberne af rigtige eller andre matematiske objekter og skrive disse egenskaber i et formelt sprog .
Matematik hører ikke til naturvidenskaberne , men er meget brugt i dem både til den præcise formulering af deres indhold og til at opnå nye resultater. Det er en grundlæggende videnskab , der giver (fælles) sproglige midler til andre videnskaber; således afslører det deres strukturelle forhold og bidrager til at finde de mest generelle naturlove [6] .
De idealiserede egenskaber ved de undersøgte objekter er enten formuleret som aksiomer eller opført i definitionen af de tilsvarende matematiske objekter. Derefter udledes andre sande egenskaber ( sætninger ) i henhold til strenge inferensregler fra disse egenskaber. Denne teori danner tilsammen en matematisk model af det undersøgte objekt. Matematik modtager således i første omgang baseret på rumlige og kvantitative sammenhænge mere abstrakte sammenhænge, som studiet også er genstand for moderne matematik [7] .
Traditionelt er matematik opdelt i teoretisk, som udfører en dybdegående analyse af intra-matematiske strukturer, og anvendt , som giver sine modeller til andre videnskaber og ingeniørdiscipliner, og nogle af dem indtager en grænseposition med matematik. Især formel logik kan betragtes både som en del af de filosofiske videnskaber og som en del af de matematiske videnskaber; mekanik - både fysik og matematik; informatik , computerteknologi og algoritmik refererer til både ingeniørvidenskab og matematiske videnskaber mv.
Ordet "matematik" kommer fra andet græsk. μάθημα , som betyder "studie, viden, videnskab" osv. Græsk. μαθηματικός , der oprindeligt betyder "receptiv, vellykket" [8] , senere - "relateret til studiet", og blev senere "relateret til matematik". Især betyder μαθηματικὴ τέχνη , på latin - ars mathematica , "matematikkens kunst." Udtrykket anden græsk. μᾰθημᾰτικά i den moderne betydning af ordet "matematik" findes allerede i Aristoteles ' skrifter (4. århundrede f.Kr.). Ifølge Fasmer kom ordet ind i det russiske sprog enten gennem polsk. matematyka , eller gennem lat. matematik [9] .
I tekster på russisk er ordet "matematik", eller mathematica , blevet fundet i det mindste siden det 17. århundrede - for eksempel i Nikolai Spafariys "The Book of Selected Briefly on the Nine Muses and on the Seven Free Arts" ( 1672) [10] .
Aristoteles definerede matematik som "videnskaben om kvantitet", og denne definition herskede indtil det 18. århundrede.
En af de første definitioner af emnet matematik blev givet af Descartes [11] :
Matematikken omfatter kun de videnskaber, hvori enten rækkefølge eller mål betragtes, og det er slet ikke ligegyldigt, om der er tale om tal, figurer, stjerner, lyde eller andet, hvor dette mål søges. Der maa saaledes findes en eller anden almen Videnskab, som forklarer alt, hvad der hører til Orden og Maal, uden at gaa ind i Studiet af nogen bestemte Fag, og denne Videnskab maa ikke kaldes med det fremmede, men med det gamle, allerede almindelige Navn Almen Matematik.
Originaltekst (lat.)[ Visskjule] …illa omnia tantum, in quibus ordo vel mensura examinature, ad Mathesim referri, nec interesse utrum in numeris, vel figuris, vel astris, vel sonis, aliove quovis obiecto talis mensura quaerenda sit; ac proinde generalem quamdam esse debere scientiam, quae id omne explicet, quod circa ordinem et mensuram nulli speciali materiae addicta quaeri potest, eamdemque, non ascititio vocabulo, sed iam inveterato atque usu recepto, Mathesim nominari [12lim nominari] .I sovjettiden blev definitionen fra TSB [13] :464 givet af A. N. Kolmogorov betragtet som klassisk :
Matematik ... videnskaben om kvantitative relationer og rumlige former for den virkelige verden.
Dette er definitionen af Engels [14] ; Kolmogorov forklarer dog yderligere, at alle de anvendte udtryk skal forstås i den mest udvidede og abstrakte betydning [13] :476,477 .
Essensen af matematik ... præsenteres nu som en doktrin om relationer mellem objekter, som intet vides om, bortset fra visse egenskaber, der beskriver dem - netop dem, der sættes som aksiomer til grundlaget for teorien ... Matematik er et sæt abstrakte former - matematiske strukturer.
Hermann Weyl var pessimistisk med hensyn til muligheden for at give en generelt accepteret definition af emnet matematik:
Spørgsmålet om matematikkens grundlag og om, hvad matematik i sidste ende er, forbliver åbent. Vi kender ikke nogen retning, der i sidste ende vil tillade os at finde et endegyldigt svar på dette spørgsmål, og om vi overhovedet kan forvente, at et sådant "endeligt" svar nogensinde vil blive modtaget og accepteret af alle matematikere.
"Matematisering" kan forblive en af manifestationerne af menneskelig kreativ aktivitet, som musikfremstilling eller litterær kreativitet, lys og original, men at forudsige dens historiske skæbner kan ikke rationaliseres og kan ikke være objektiv [15] .
1. Matematik som en akademisk disciplin er underopdelt i Den Russiske Føderation i elementær matematik , studeret i gymnasiet og dannet af følgende discipliner:
og højere matematik , studeret i ikke-matematiske specialer på universiteter. De discipliner, der udgør højere matematik, varierer afhængigt af specialet.
Læreplanen i specialet matematik [16] er dannet af følgende akademiske discipliner:
2. Matematik som en specialitet af videnskabsmænd af Ministeriet for Uddannelse og Videnskab i Den Russiske Føderation [17] er opdelt i specialer:
3. Til systematisering af videnskabelige værker anvendes afsnittet "Matematik" [18] i den universelle decimalklassifikation (UDC).
4. American Mathematical Society ( AMS ) har udviklet sin egen standard for klassificering af grene af matematik. Det hedder Matematikfagsklassifikation . Denne standard opdateres med jævne mellemrum. Den aktuelle version er MSC 2020 . Den tidligere version er MSC 2010 .
Da matematik beskæftiger sig med ekstremt forskellige og ret komplekse strukturer, er dens notation også meget kompleks. Det moderne system af skriveformler blev dannet på grundlag af den europæiske algebraiske tradition, såvel som behovene i senere afsnit af matematikken - matematisk analyse , matematisk logik , mængdelære osv. Geometri har brugt en visuel (geometrisk) repræsentation fra tiden umindelige. Komplekse grafiske notationer (såsom kommutative diagrammer ) er også almindelige i moderne matematik, og grafbaseret notation bruges ofte også .
Akademiker A. N. Kolmogorov foreslog følgende struktur af matematikkens historie:
Udviklingen af matematik begyndte med det faktum, at mennesket begyndte at bruge abstraktioner på et hvilket som helst højt niveau. Simple abstraktion - tal ; at forstå, at to æbler og to appelsiner, på trods af alle deres forskelle, har noget til fælles, nemlig at de optager begge hænder på en person, er en kvalitativ præstation af menneskelig tænkning. Ud over at lære at tælle konkrete objekter, forstod oldtidens mennesker også, hvordan man beregner abstrakte mængder, såsom tid : dage , årstider , år . Fra en elementær beretning begyndte aritmetikken naturligvis at udvikle sig : addition , subtraktion , multiplikation og division af tal.
Udviklingen af matematik er afhængig af skrivning og evnen til at nedskrive tal. Sandsynligvis udtrykte oldtidens mennesker først mængde ved at tegne streger på jorden eller ridse dem på træ. De gamle inkaer , der ikke havde noget andet skrivesystem, repræsenterede og lagrede numeriske data ved hjælp af et komplekst system af reb-knuder, den såkaldte quipu . Der var mange forskellige talsystemer . De første kendte optegnelser om antal blev fundet i Ahmes Papyrus , produceret af egypterne i Mellemriget . Den indiske civilisation udviklede det moderne decimaltalssystem , der inkorporerede begrebet nul .
Historisk set opstod de store matematiske discipliner under påvirkning af behovet for at foretage beregninger på det kommercielle område, ved måling af jorden og til forudsigelse af astronomiske fænomener og senere til løsning af nye fysiske problemer. Hvert af disse områder spiller en stor rolle i den brede udvikling af matematik, som består i studiet af strukturer , rum og ændringer.
Matematik studerer imaginære, ideelle objekter og forholdet mellem dem ved hjælp af et formelt sprog. Generelt svarer matematiske begreber og teoremer ikke nødvendigvis til noget i den fysiske verden. Hovedopgaven for den anvendte sektion af matematik er at skabe en matematisk model , der er tilstrækkelig nok til det virkelige objekt, der undersøges. Den teoretiske matematikers opgave er at tilvejebringe et tilstrækkeligt sæt bekvemme midler til at nå dette mål.
Indholdet af matematik kan defineres som et system af matematiske modeller og værktøjer til deres skabelse. Objektmodellen tager ikke højde for alle dens funktioner, men kun de mest nødvendige til studiets formål (idealiseret). For eksempel, når vi studerer de fysiske egenskaber af en appelsin, kan vi abstrahere fra dens farve og smag og repræsentere den (omend ikke helt præcist) som en kugle. Hvis vi skal forstå, hvor mange appelsiner vi får, hvis vi lægger to og tre sammen, så kan vi abstrahere væk fra formen og efterlade modellen med kun én egenskab - mængde. Abstraktion og etablering af relationer mellem objekter i den mest generelle form er en af hovedretningerne for matematisk kreativitet.
En anden retning, sammen med abstraktion, er generalisering . For eksempel ved at generalisere begrebet " rum " til et rum med n-dimensioner. “ Rummet ved er en matematisk fiktion. Dog en meget genial opfindelse, som hjælper til matematisk at forstå komplekse fænomener " [19] .
Studiet af intramatematiske objekter sker som regel ved hjælp af den aksiomatiske metode : først, for de objekter, der undersøges, formuleres en liste over grundlæggende begreber og aksiomer , og derefter opnås meningsfulde sætninger fra aksiomer ved hjælp af inferensregler , som danner sammen en matematisk model.
Spørgsmålet om essensen og grundlaget for matematik er blevet diskuteret siden Platons tid . Siden det 20. århundrede har der været sammenlignende enighed om, hvad der skal betragtes som et strengt matematisk bevis , men der har ikke været nogen enighed om, hvad der anses for sandt i matematik. Dette giver anledning til uenigheder både i spørgsmål om aksiomatik og sammenkoblingen af grene af matematikken, og i valget af logiske systemer , som bør bruges i beviser.
Ud over de skeptiske er følgende tilgange til dette spørgsmål kendt.
Set-teoretisk tilgangDet foreslås at overveje alle matematiske objekter inden for rammerne af mængdeteori, oftest med Zermelo-Fraenkel aksiomatikken (selvom der er mange andre, der svarer til det). Denne tilgang er blevet anset for at være fremherskende siden midten af det 20. århundrede, men i virkeligheden sætter de fleste matematiske værker ikke sig selv til opgave at oversætte deres udsagn strengt til mængdelærens sprog, men opererer med begreber og fakta etableret på nogle områder af matematik. Hvis der således findes en modsigelse i mængdeteorien, vil dette ikke medføre ugyldiggørelse af de fleste af resultaterne.
logikDenne tilgang forudsætter streng typning af matematiske objekter. Mange paradokser, der kun undgås i mængdeteorien ved hjælp af specielle tricks, viser sig i princippet at være umulige.
FormalismeDenne tilgang involverer studiet af formelle systemer baseret på klassisk logik .
intuitionismeIntuitionisme forudsætter i matematikkens grundlag intuitionistisk logik , som er mere begrænset i bevismidlerne (men, som det menes, også mere pålidelige). Intuitionismen afviser bevis ved selvmodsigelse , mange ikke-konstruktive beviser bliver umulige, og mange problemer i mængdeteori bliver meningsløse (ikke-formaliserbare).
Konstruktiv matematikKonstruktiv matematik er en tendens i matematik tæt på intuitionisme, der studerer konstruktive konstruktioner.[ afklare ] . Ifølge kriteriet om konstruerbarhed - "at eksistere betyder at blive bygget " [20] . Konstruktivitetskriteriet er et stærkere krav end konsistenskriteriet [21] .
Hovedafsnittet, der omhandler abstraktionen af kvantitet, er algebra . Begrebet "tal" stammer oprindeligt fra aritmetiske repræsentationer og refererede til naturlige tal . Senere, ved hjælp af algebra, blev det gradvist udvidet til heltal , rationelle , reelle , komplekse og andre tal.
| |||||||||||||||
Komplekse tal | Kvaternioner |
Tal - Naturlige tal - Heltal - Rationale tal - Irrationale tal - Algebraiske tal - Transcendentale tal - Reelle tal - Komplekse tal - Hyperkomplekse tal - Kvaternioner - Oktonioner - Sedenioner - Hyperreale tal - Surrealistiske tal - p - adiske tal - Matematiske konstanter - Navne Tal - Infinity - Baser
Numeriske systemer | |
---|---|
Tællelige sæt |
|
Reelle tal og deres forlængelser |
|
Numeriske udvidelsesværktøjer | |
Andre nummersystemer | |
se også |
Fænomenerne transformationer og ændringer betragtes i den mest generelle form ved analyse .
Aritmetik | Differential- og integralregning | Vektoranalyse | Analyse |
Differentialligninger | Dynamiske systemer | Kaosteori |
Aritmetik — Vektoranalyse — Analyse — Målteori — Differentialligninger — Dynamiske systemer — Kaosteori
Mængdeori - Lineær algebra - Generel algebra (omfatter især gruppeteori , universel algebra , kategoriteori ) - Algebraisk geometri - Talteori - Topologi .
Det grundlæggende i rumlige relationer overvejes af geometri . Trigonometri overvejer egenskaberne ved trigonometriske funktioner . Studiet af geometriske objekter gennem matematisk analyse beskæftiger sig med differentialgeometri . Egenskaberne for rum, der forbliver uændrede under kontinuerlige deformationer og selve fænomenet kontinuitet, studeres af topologi .
Geometri | Trigonometri | Differential geometri | Topologi | fraktaler | måle teori |
Geometri - Trigonometri - Algebraisk geometri - Topologi - Differentialgeometri - Algebraisk topologi - Lineær algebra - Fraktaler - Målteori .
Diskret matematik omfatter midler til at studere objekter, der kun kan antage separate (diskrete) værdier (det vil sige objekter, der ikke kan ændre sig jævnt) [22] .
matematisk logik | Beregnelighedsteori | Kryptografi | grafteori |
Kombinatorik - Mængdelære - Gitterteori - Matematisk logik - Beregnelighedsteori - Kryptografi - Teori om funktionelle systemer - Grafteori - Algoritmeteori - Logisk regning - Datalogi .
Den mest prestigefyldte pris for præstationer i matematik, nogle gange omtalt som "Nobelprisen for matematikere", er Fields Medal , grundlagt i 1924 og uddelt hvert fjerde år sammen med en kontant pris på 15.000 canadiske dollars . Ved åbningsceremonien for International Congress of Mathematicians annonceres navnene på vinderne af fire priser for præstationer i matematik:
Derudover er Lilavati-prisen for popularisering af matematik siden 2010 blevet overrakt ved kongressens afslutningsceremoni.
I 2000 annoncerede Clay Mathematical Institute en liste over syv matematiske problemer , hver med en pris på 1 million dollars [23] .
Der er et stort antal websteder, der leverer tjenester til matematiske beregninger. De fleste af dem er på engelsk [25] .
Matematiksoftware er mangefacetteret:
Matematik software | |
---|---|
Symbolske beregninger | |
Numeriske beregninger |
Computer algebra systemer | |
---|---|
Proprietære |
|
Ledig | |
Gratis/shareware |
|
Ikke understøttet |
|
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Videnskabelige retninger | |
---|---|
Humaniora naturlig Offentlig Anvendt Teknisk Nøjagtig | |
Videnskab om Videnskab |
Grene af matematik | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Portal "Science" | ||||||||||
Grundlaget for matematik mængdeteori matematisk logik logikkens algebra | ||||||||||
Talteori ( aritmetik ) | ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
|