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  • 1 # 數學經緯網

    大學數學較高中要難,因此我也在課上課下、社團招新的時候無數次聽到有人說自己不是學數學的料,沒有學習數學的天賦(筆者為數學專業,同時參與數學社團工作)。在這裡,我想告訴各位自詡“數學天賦差”的同學,數學差不是由基因決定的。人類經歷了漫長的進化達到現在的階段,與其他物種的最大區別就在於我們有進化或者說適應環境的能力。對於一個英語差的人,要提升他的英語能力不需要讓他經歷幾百年的自然選擇,只需要告訴他英語六級不過的話就沒法畢業即可。

    因此,數學差的主要原因還是在於學習時間不足以及學習方式的不當。當我們在一門學科中投入大量時間後,必然會對該科目的學習有一定的見解。就我而言,我政治一直不好,從初中開始就不好,但不能說我沒學政治的天賦,是因為我不喜歡政治的學法,沒有養成反覆背誦記憶的習慣。同理,我們可以說自己學不好數學是因為不喜歡數學,沒有在初高中掌握好的學習方法,但萬萬是不能歸因於天賦或者基因的問題。當然,有的人既能學好數學,又能學好政治、經濟、法律等科目,那是因為他拿別人打遊戲的時間去學習掌握背誦技巧了;也有的人既學不好數學,又學不好政治、經濟、法律等科目,那是因為他不僅拿大家打遊戲的時間去打遊戲了,而且還拿本該學習數學的時間去打遊戲了。所以我們是要當哪種人呢?

    數學的重要意義

    數學是一切科學的基礎,一切科學,包括人文社科與自然科學,都離不開數學。當然,例如政治、法律等科目似乎沒有合理的數學模型構造,但我覺得那是它們自己的問題應該加以認真反思才行,沒有數學基礎的科學就像沒有人投錢的專案或者單純被貪官奸商拿出來圈錢的專案,或許有且能夠存在下去,但也該思考一下自己為啥這麼菜了。

    我們學習數學,其實就是在學習自己的專業課。如果在大學的學習過程中發現自己的專業課與數學結合的不夠緊密,產生了數學對專業課不重要的錯覺,那麼,怎樣讓數學與自己的專業課緊密結合就是我們每個人應該思考的問題。

    現代數學框架體系的構建

    集合論:現代數學的共同基礎

    現代數學有數不清的分支,但是,它們都有一個共同的基礎——集合論,因為它,數學這個龐大的家族有個共同的語言。集合論中有一些最基本的概念:集合,關係,函式,等價,是在其它數學分支的語言中幾乎必然存在的。對這些簡單概念的理解,是進一步學習別的數學分支的基礎。

    在集合論的基礎上,現代數學有兩大家族:分析和代數。至於其它的,比如幾何和機率論,在古典數學時代,它們是和代數並列的,但是它們的現代版本則基本是建立在分析或者代數的基礎上,因此從現代意義說,它們與分析和代數並不是平行的關係。

    分析:在極限基礎上建立的宏偉大廈

    分析從微積分開始發展起來,牛頓萊布尼茲發明了它,柯西等人將它發展成了一種嚴密的語言(雖然沒有完全解決,比如對不連續函式的可積問題沒能給出方案)。

    之後,在極限思想的支援下,實數理論在這個時候被建立起來,它的標誌是對實數完備性進行刻畫的幾條等價的定理(如柯西收斂,確界,區間套等)。隨著對實數認識的深入,如何測量“點集大小”的問題也取得了突破,勒貝格創造性地把關於集合的代數,和外測度的概念結合起來,建立了測度理論(Measure Theory),並且進一步建立了以測度為基礎的積分——勒貝格積分。在這個新的積分概念的支援下,可積性問題變得一目瞭然,實變函式成型。

    對於應用科學來說,實分析似乎沒有古典微積分那麼“實用”——很難直接基於它得到什麼演算法。但它為許多現代的應用數學分支提供堅實的基礎。例如,拓撲學(把分析從實數域推廣到一般空間),微分幾何(愛因斯坦廣義相對論的數學基礎)等。

    代數:一個抽象的世界

    線性代數在代數中處於基礎地位,線性代數,包括建立在它基礎上的各種學科,最核心的兩個概念是向量空間和線性變換。線性變換線上性代數中的地位好比連續函式在分析中的地位,它是保持基礎運算(加法和數乘)的對映。

    其上有泛函分析(從有限維到無限維),調和分析,李代數等更多內容,調和分析包含的傅立葉分析在工程、物理學中有大量應用。

    以上現代數學體系是想讓喜歡數學的同學瞭解自己現在所學的科目的重要意義,以及今後進一步學習的漫漫長征路,明確自己該按照怎樣的態度去學數學分析與高等代數。上述內容我學過的也不多,也就學了基礎的部分以及實變函式,還有無盡的遠方。

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