Tiede | |
Matematiikka | |
---|---|
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Matematiikka ( muinainen kreikka μᾰθημᾰτικά [1] < μάθημα "tutkimus; tiede") on eksakti ( muodollinen ) tiede [2] , joka alun perin tutki kvantitatiivisia suhteita ja tilamuotoja [3] . Nykyaikaisemmassa mielessä tämä on objektien välisten suhteiden tiedettä , josta ei tiedetä mitään, paitsi joitain niitä kuvaavia ominaisuuksia, juuri niitä, jotka asetetaan aksioomeiksi yhden tai toisen matemaattisen teorian perustaksi [4] .
Matematiikka on historiallisesti kehittynyt esineiden laskenta-, mittaus- ja muodonkuvausoperaatioiden pohjalta [5] . Matemaattisia objekteja luodaan idealisoimalla todellisten tai muiden matemaattisten objektien ominaisuudet ja kirjoittamalla nämä ominaisuudet muodollisella kielellä .
Matematiikka ei kuulu luonnontieteisiin , mutta sitä käytetään niissä laajasti sekä niiden sisällön täsmälliseen muotoiluun että uusien tulosten saamiseen. Se on perustiede , joka tarjoaa (yhteisiä) kielellisiä keinoja muille tieteille; Siten se paljastaa niiden rakenteellisen suhteen ja auttaa löytämään yleisimpiä luonnonlakeja [6] .
Tutkittavien objektien idealisoidut ominaisuudet joko muotoillaan aksioomeina tai luetellaan vastaavien matemaattisten objektien määrittelyyn. Sitten tiukkojen päättelysääntöjen mukaisesti näistä ominaisuuksista johdetaan muita todellisia ominaisuuksia ( lauseita ). Tämä teoria yhdessä muodostaa matemaattisen mallin tutkittavasta kohteesta. Siten matematiikka saa alun perin tilallisiin ja kvantitatiivisiin suhteisiin perustuen abstraktimpia suhteita, joiden tutkiminen on myös modernin matematiikan aiheena [7] .
Perinteisesti matematiikka on jaettu teoreettiseen, joka tekee syvällisen analyysin sisämatemaattisista rakenteista, ja soveltuvaan , joka tarjoaa mallinsa muille tieteille ja tekniikan aloille, ja osa niistä on matematiikan raja-asemalla. Erityisesti muodollista logiikkaa voidaan pitää sekä osana filosofisia tieteitä että osana matemaattisia tieteitä; mekaniikka - sekä fysiikka että matematiikka; informatiikka , tietotekniikka ja algoritmiikka viittaavat sekä tekniikan että matemaattisten tieteiden yms.
Sana "matematiikka" tulee toisesta kreikasta. μάθημα , joka tarkoittaa "tutkimusta, tietoa, tiedettä" jne. kreikka. μαθηματικός , alun perin "vastaanottava, menestyvä" [8] , myöhemmin - "liittyy tutkimukseen", myöhemmin "liittyy matematiikkaan". Erityisesti μαθηματικὴ τέχνη , latinaksi - ars mathematica , tarkoittaa "matematiikan taidetta". Termi muu kreikkalainen. μᾰθημᾰτικά sanan "matematiikka" nykyisessä merkityksessä löytyy jo Aristoteleen (4. vuosisata eKr.) kirjoituksista. Fasmerin mukaan sana tuli venäjän kieleen joko puolan kautta. matematyka , tai lat. mathematica [9] .
Venäjänkielisissä teksteissä sana "matematiikka" tai mathematica on löydetty ainakin 1600-luvulta lähtien - esimerkiksi Nikolai Spafariyn "The Book of Selected Lyhyesti yhdeksästä muusasta ja seitsemästä vapaasta taiteesta" ( 1672) [10] .
Aristoteles määritteli matematiikan "määrän tieteeksi", ja tämä määritelmä oli voimassa 1700-luvulle asti.
Yksi ensimmäisistä määritelmistä matematiikan aiheelle antoi Descartes [11] :
Matematiikan alaan kuuluvat vain ne tieteet, joissa tarkastellaan joko järjestystä tai mittaa, eikä sillä ole ollenkaan väliä, ovatko ne numeroita, lukuja, tähtiä, ääniä vai mitä tahansa muuta, missä tätä mittaa haetaan. Siten täytyy olla jokin yleinen tiede, joka selittää kaiken, mikä liittyy järjestykseen ja mittaan, ilman, että se ryhtyy tutkimaan tiettyjä aiheita, ja tätä tiedettä ei tule kutsua vieraalla, vaan vanhalla, jo yleisellä matematiikan nimellä.
Alkuperäinen teksti (lat.)[ näytäpiilottaa] …illa omnia tantum, in quibus ordo vel mensura examinatur, 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 special materiae addicta quaeri potest, eamdemque, non ascititio vocabulo, sed iam inveterato atque universal resepto, Mate iam inveterato atque usuim resepto ,.Neuvostoaikana TSB :n [13] :464 määritelmää, jonka A. N. Kolmogorov antoi, pidettiin klassisena :
Matematiikka ... tiede reaalimaailman määrällisistä suhteista ja tilamuodoista.
Tämä on Engelsin määritelmä [14] ; Kolmogorov kuitenkin selittää edelleen, että kaikki käytetyt termit on ymmärrettävä laajimmassa ja abstraktimmassa merkityksessä [13] :476,477 .
Matematiikan olemus ... esitetään nyt oppina esineiden välisistä suhteista, joista ei tiedetä mitään, lukuun ottamatta tiettyjä niitä kuvaavia ominaisuuksia - juuri niitä, jotka on asetettu aksioomiksi teorian perustaksi ... Matematiikka on joukko abstrakteja muotoja - matemaattisia rakenteita.
Hermann Weyl suhtautui pessimistisesti mahdollisuuteen antaa yleisesti hyväksytty määritelmä matematiikan aiheelle:
Kysymys matematiikan perusteista ja siitä, mitä matematiikka lopulta on, jää avoimeksi. Emme tiedä mitään suuntaa, jonka avulla voimme lopulta löytää lopullisen vastauksen tähän kysymykseen, ja voimmeko edes odottaa, että kaikki matemaatikot koskaan vastaanottavat ja hyväksyvät tällaisen "lopullisen" vastauksen.
"Matematisointi" voi jäädä yhdeksi ihmisen luovan toiminnan, kuten musiikinteon tai kirjallisen luovuuden, ilmentymäksi, kirkkaaksi ja omaperäiseksi, mutta sen historiallisten kohtaloiden ennustaminen ei ole rationalisoitavaa eikä objektiivista [15] .
1. Matematiikka akateemisena tieteenalana on jaettu Venäjän federaatiossa perusmatematiikkaan , jota opiskellaan lukiossa ja se muodostuu seuraavista tieteenaloista:
ja korkeampi matematiikka , opiskeli yliopistojen ei-matemaattisilla erikoisuuksilla. Tieteet, jotka muodostavat korkeamman matematiikan, vaihtelevat erikoisalasta riippuen.
Matematiikan erikoisalan opetussuunnitelma [16] muodostuu seuraavista akateemisista tieteenaloista:
2. Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriön [17] matematiikka tutkijoiden erikoisalana on jaettu erikoisaloihin:
3. Tieteellisten teosten systematisointiin käytetään yleisen desimaaliluokituksen (UDC) osiota "Matematiikka" [18] .
4. American Mathematical Society ( AMS ) on kehittänyt oman standardinsa matematiikan haarojen luokitteluun. Sitä kutsutaan matematiikan oppiaineluokitukseksi . Tätä standardia päivitetään säännöllisesti. Nykyinen versio on MSC 2020 . Edellinen versio on MSC 2010 .
Koska matematiikka käsittelee erittäin erilaisia ja melko monimutkaisia rakenteita, sen merkintätapa on myös hyvin monimutkainen. Nykyaikainen kirjoituskaavojen järjestelmä syntyi eurooppalaisen algebrallisen perinteen sekä myöhempien matematiikan osien tarpeiden pohjalta - matemaattinen analyysi , matemaattinen logiikka , joukkoteoria jne. Geometriassa on käytetty visuaalista (geometristä) esitystapaa aikojen saatossa ikimuistoinen. Monimutkaiset graafiset merkinnät (kuten kommutatiiviset kaaviot ) ovat myös yleisiä modernissa matematiikassa, ja usein käytetään myös graafipohjaista merkintää .
Akateemikko A. N. Kolmogorov ehdotti seuraavaa matematiikan historian rakennetta:
Matematiikan kehitys alkoi siitä tosiasiasta, että ihminen alkoi käyttää minkä tahansa korkean tason abstraktioita . Yksinkertainen abstraktio - numerot ; Ymmärtäminen, että kahdella omenalla ja kahdella appelsiinilla on kaikista eroistaan huolimatta jotain yhteistä, nimittäin, että ne miehittävät yhden ihmisen molemmat kädet, on ihmisen ajattelun laadullinen saavutus. Sen lisäksi, että muinaiset ihmiset oppivat laskemaan konkreettisia esineitä, he ymmärsivät myös abstraktien määrien laskemisen, kuten ajan : päivät , vuodenajat , vuodet . Alkeistilistä alkoi luonnollisesti kehittyä aritmetiikka : lukujen yhteen- , vähennys- , kerto- ja jakolasku .
Matematiikan kehitys perustuu kirjoittamiseen ja kykyyn kirjoittaa numeroita muistiin. Luultavasti muinaiset ihmiset ilmaisivat määrän ensin piirtämällä viivoja maahan tai raapimalla niitä puuhun. Muinaiset inkat , joilla ei ollut muuta kirjoitusjärjestelmää, esittivät ja tallentivat numeerista tietoa käyttämällä monimutkaista köysisolmujärjestelmää, niin kutsuttua quipua . Siellä oli monia erilaisia numerojärjestelmiä . Ensimmäiset tunnetut numerotiedot löytyivät Ahmesin papyruksesta , jonka olivat tuottaneet Keski-valtakunnan egyptiläiset . Intialainen sivilisaatio kehitti modernin desimaalilukujärjestelmän , joka sisälsi nollan käsitteen .
Historiallisesti tärkeimmät matemaattiset tieteenalat syntyivät tarpeesta tehdä laskelmia kaupallisella alalla, maan mittaamisessa ja tähtitieteellisten ilmiöiden ennustamisessa ja myöhemmin uusien fyysisten ongelmien ratkaisemisessa. Jokaisella näistä alueista on suuri rooli matematiikan laajassa kehityksessä, joka koostuu rakenteiden , tilojen ja muutosten tutkimisesta.
Matematiikka tutkii kuvitteellisia ideaalikohteita ja niiden välisiä suhteita muodollisen kielen avulla. Yleensä matemaattiset käsitteet ja lauseet eivät välttämättä vastaa mitään fyysisessä maailmassa. Matematiikan soveltavan osan päätehtävänä on luoda matemaattinen malli , joka on tarpeeksi riittävä tutkittavalle todelliselle objektille. Teoreettisen matemaatikon tehtävänä on tarjota riittävä joukko käteviä keinoja tämän tavoitteen saavuttamiseksi.
Matematiikan sisältö voidaan määritellä järjestelmäksi matemaattisia malleja ja työkaluja niiden luomiseksi. Kohdemalli ei ota huomioon kaikkia ominaisuuksiaan, vaan vain tutkimuksen kannalta tarpeellisimman (idealisoituneen). Esimerkiksi appelsiinin fysikaalisia ominaisuuksia tutkiessamme voimme irrottaa sen väristä ja mausta ja esittää sen (vaikkakaan ei täysin tarkasti) pallona. Jos meidän on ymmärrettävä, kuinka monta appelsiinia saamme, jos lisäämme kaksi ja kolme yhteen, voimme abstrahoida pois muodosta, jolloin malliin jää vain yksi ominaisuus - määrä. Abstraktio ja esineiden välisten suhteiden luominen yleisimmässä muodossa on yksi matemaattisen luovuuden pääsuunnista.
Toinen suunta abstraktion ohella on yleistäminen . Esimerkiksi yleistämällä " avaruuden " käsite n-ulotteiseksi avaruuteen. " Avaruus on matemaattinen keksintö. Kuitenkin erittäin nerokas keksintö, joka auttaa matemaattisesti ymmärtämään monimutkaisia ilmiöitä " [19] .
Matemaattisten sisäisten objektien tutkiminen tapahtuu pääsääntöisesti aksiomaattista menetelmää käyttäen : ensin tutkittaville objekteille laaditaan luettelo peruskäsitteistä ja aksioomeista , ja sitten aksioomeista saadaan merkityksellisiä lauseita päättelysääntöjen avulla , jotka yhdessä muodostavat matemaattisen mallin.
Kysymyksestä matematiikan olemuksesta ja perusteista on keskusteltu Platonin ajoista lähtien . 1900 -luvulta lähtien on vallinnut vertaileva yksimielisyys siitä, mitä pitäisi pitää tiukana matemaattisena todisteena , mutta ei ole päästy yksimielisyyteen siitä, mitä matematiikassa pidetään totta. Tämä synnyttää erimielisyyksiä sekä aksiomatiikassa ja matematiikan haarojen yhteenliittämisessä että loogisten järjestelmien valinnassa , joita tulee käyttää todisteissa.
Skeptisten lisäksi tunnetaan seuraavat lähestymistavat tähän asiaan.
Joukkoteoreettinen lähestymistapaKaikkia matemaattisia objekteja ehdotetaan tarkastelevan joukkoteorian puitteissa, useimmiten Zermelo-Fraenkel-aksiomatiikalla (vaikka on monia muita, jotka vastaavat sitä). Tämän lähestymistavan on pidetty vallitsevana 1900-luvun puolivälistä lähtien, mutta todellisuudessa useimmat matemaattiset työt eivät aseta itselleen tehtäväksi kääntää väitteitään tiukasti joukkoteorian kielelle, vaan toimivat joillain alueilla vakiintuneiden käsitteiden ja tosiasioiden kanssa. matematiikasta. Siten, jos joukkoteoriassa löydetään ristiriita, tämä ei tarkoita useimpien tulosten mitätöimistä.
logismiaTämä lähestymistapa edellyttää matemaattisten objektien tiukkaa tyyppiä . Monet paradoksit, jotka joukkoteoriassa vältetään vain erityisillä temppuilla, osoittautuvat periaatteessa mahdottomiksi.
FormalismiTämä lähestymistapa sisältää klassiseen logiikkaan perustuvien muodollisten järjestelmien tutkimuksen .
intuitionismiIntuitionismi edellyttää matematiikan perustana intuitionistista logiikkaa , joka on todistuskeinoiltaan rajoitetumpi (mutta, kuten uskotaan, myös luotettavampi). Intuitionismi hylkää todisteen ristiriidalla , monista ei-konstruktiivisista todisteista tulee mahdottomia, ja monet joukkoteorian ongelmat muuttuvat merkityksettömiksi (ei-formalisoitaviksi).
Rakentavaa matematiikkaaKonstruktiivinen matematiikka on intuitionismia lähellä oleva matematiikan suuntaus, joka tutkii konstruktiivisia konstruktioita.[ selventää ] . Rakennettavuuskriteerin mukaan " olemassa tarkoittaa olla rakennettua " [20] . Konstruktiokriteeri on vahvempi vaatimus kuin johdonmukaisuuskriteeri [21] .
Suurin osa, joka käsittelee määrän abstraktiota, on algebra . Käsite "luku" syntyi alun perin aritmeettisista esityksistä ja viittasi luonnollisiin lukuihin . Myöhemmin se laajennettiin algebran avulla asteittain kokonaislukuihin , rationaalisiin , todellisiin , kompleksisiin ja muihin lukuihin.
| |||||||||||||||
Monimutkaiset luvut | Quaternions |
Numerot - Luonnolliset luvut - Kokonaisluvut - Rationaaliset luvut - Irrationaaliset luvut - Algebralliset luvut - Transsendentaaliset luvut - Reaaliluvut - Kompleksiluvut - Hyperkompleksiluvut - Kvaternionit - Oktoniot - Sedenionit - Hyperreaaliset luvut - Surrealistiset luvut - P - Adic luvut - Matemaattiset vakiot - Nimet Numerot - Infinity - Pohjat
Numeeriset järjestelmät | |
---|---|
Laskettavat sarjat |
|
Reaaliluvut ja niiden laajennukset |
|
Numeeriset laajennustyökalut | |
Muut numerojärjestelmät | |
Katso myös |
Muutosten ja muutosten ilmiöitä tarkastellaan yleisimmässä muodossa analyysin avulla .
Aritmeettinen | Differentiaali- ja integraalilaskenta | Vektorianalyysi | Analyysi |
Differentiaaliyhtälöt | Dynaamiset järjestelmät | Kaaosteoria |
Aritmetiikka — Vektorianalyysi — Analyysi — Mittausteoria — Differentiaaliyhtälöt — Dynaamiset järjestelmät — Kaaosteoria
Joukkoteoria - Lineaarinen algebra - Yleinen algebra (sisältää erityisesti ryhmäteorian , yleisalgebran , kategoriateorian ) - Algebrallinen geometria - Lukuteoria - Topologia .
Geometrian avulla tarkastellaan tilasuhteiden perusteita . Trigonometria ottaa huomioon trigonometristen funktioiden ominaisuudet . Geometristen esineiden tutkimus matemaattisen analyysin avulla käsittelee differentiaaligeometriaa . Jatkuvissa muodonmuutoksissa muuttumattomina säilyvien avaruuksien ominaisuuksia ja itse jatkuvuuden ilmiötä tutkitaan topologialla .
Geometria | Trigonometria | Differentiaaligeometria | Topologia | fraktaaleja | mittateoria |
Geometria - Trigonometria - Algebrallinen geometria - Topologia - Differentiaaligeometria - Algebrallinen topologia - Lineaarinen algebra - Fraktaalit - Mittateoria .
Diskreetti matematiikka sisältää keinot tutkia kohteita, jotka voivat saada vain erilliset (diskreetit) arvot (eli objektit, jotka eivät voi muuttua tasaisesti) [22] .
matemaattinen logiikka | Lasketettavuuden teoria | Kryptografia | graafiteoria |
Kombinatoriikka - Joukkoteoria - Hilateoria - Matemaattinen logiikka - Lasketettavuusteoria - Kryptografia - Funktionaalisten järjestelmien teoria - Graafiteoria - Algoritmien teoria - Looginen laskenta - Tietojenkäsittelytiede .
Arvostetuin palkinto saavutuksista matematiikan alalla, jota joskus kutsutaan "Matemaatikoiden Nobel-palkinnoksi", on Fields -mitali, joka perustettiin vuonna 1924 ja jaetaan joka neljäs vuosi, sekä 15 000 Kanadan dollarin käteispalkinto . Kansainvälisen matemaatikoiden kongressin avajaisseremoniassa julkistetaan neljän matematiikan saavutuksista jaetun palkinnon saajien nimet:
Lisäksi vuodesta 2010 lähtien Lilavati-palkinto matematiikan popularisoinnista on jaettu kongressin päätösjuhlissa.
Vuonna 2000 Clay Mathematical Institute julkaisi luettelon seitsemästä matemaattisesta tehtävästä , joista jokaisella oli miljoonan dollarin palkinto [23] .
On olemassa suuri määrä sivustoja, jotka tarjoavat palveluita matemaattisiin laskelmiin. Suurin osa niistä on englanninkielisiä [25] .
Matematiikkaohjelmisto on monipuolinen:
Matemaattinen ohjelmisto | |
---|---|
Symboliset laskelmat | |
Numeeriset laskelmat |
Tietokonealgebrajärjestelmät | |
---|---|
Omistusoikeus |
|
Vapaa | |
Ilmainen/shareware |
|
Ei tueta |
|
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Tieteelliset ohjeet | |
---|---|
Humanistiset tieteet Luonnollinen Julkinen Sovellettu Tekninen Tarkka | |
Tieteen tiede |
Matematiikan alat | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Portaali "Tiede" | ||||||||||
Matematiikan perusteet joukko teoria matemaattinen logiikka logiikan algebra | ||||||||||
Lukuteoria ( aritmetiikka ) | ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
|