数学,源于我们简化身边世界的渴望

文摘   2024-09-01 11:31   上海  

现在各个学科体系都愈加系统化、复杂,对于数学学科更是如此,它给很多人的印象就是抽象、逻辑、冰冷、困难,但实际上,数学的起源和发展,恰恰源于我们人类对简化复杂世界的渴望

数学在努力帮助我们理解、描述并解决现实生活中的问题。

在人类历史的早期,数学的雏形出现在我们对数字和计量的需求中。当人类开始从狩猎采集走向农业定居生活,粮食的储存、牲畜的管理、土地的耕种等都对数量的掌握提出了要求。最早的数字系统就是在这种背景下诞生的。数数并不是为了高深的学术研究,而是为了确保一年的粮食是否够吃,交易时是否公平,分配资源是否合理

比如说古代苏美尔人使用粘土泥板记录粮食的数量。这帮助他们管理库存,也在一定程度上推动了文明的进步。

随着文明的进一步发展,人们面临着更为复杂的问题。如何建造更高的建筑?如何测量更大的土地?这些实际问题催生了几何学的诞生。人们通过观察和实践,积累了丰富的几何知识,用于修建金字塔、测量土地和设计灌溉系统

几何学的实用性体现在它能够将复杂的空间问题转化为更易处理的图形问题。通过将土地划分成简单的形状,人们能够精确地计算出面积和边界。这一技术不仅保障了农业生产的稳定,还在建筑和工程中发挥了重要作用。

几何学正是通过简化和模型化,将真实世界的复杂问题转化为可以操作和理解的形式,从而奠定了数学发展的基石。

如果说几何学帮助我们简化了空间上的问题,那么代数则是在数量上的进一步抽象。最早的代数问题往往是为了计算未知的数量,如交易中的价格、分配中的份额等。这些问题在实质上是对生活中不确定因素的简化和预测。

随着时间的推移,代数从具体的数值问题演变为一种符号系统,能够处理广泛的数学问题。从古巴比伦人解决的线性方程,到印度数学家发明的零和负数概念,代数不断发展,帮助我们分析和解决更为复杂的数量关系。

数学不仅在计量和几何上帮助我们简化现实世界,它还成为了自然科学的语言。牛顿在总结前人研究的基础上,通过微积分将力学问题进行简化,形成了经典力学的完整体系。这种简化方法使得我们可以通过数学公式来描述行星的运动、物体的坠落等复杂的物理现象。

数学在科学中的应用不仅限于物理学。化学中的化学计量、生物学中的种群动态、经济学中的供求模型,无不依赖数学对复杂现象的简化和抽象。通过数学,原本混乱无序的现象可以归纳为简单的法则,为我们提供理解世界的新视角

数学本身的发展逻辑其实并非我们看到的那般冰冷,而是富有热情和创造力,当我们尝试从“数学它在简化什么?”的角度去看待它,会发现数学的每一个进步、每一个新概念的提出,都是在回应我们对世界的复杂性的认知与应对

数学一直在帮助我们简化现实、简化思维、简化自然、简化信息。通过简化,数学帮助我们更清晰、更有条理地理解这个复杂的世界。数学通过简化,将复杂的问题转化为我们能够理解和操作的形式,从而让我们能够在更高的层次上进行思考和创造

本文受到《数学的逻辑》一书的启发,这本书一开始就探讨为什么1+1等于2,不等于2,什么情况下等于2这些我们似乎都不太考虑的“简单”问题,但这些简单的问题又告诉我们数学的“能”与“不能”,也就是它的适用条件。这又不由得让我想到电视剧《天道》一句经典台词——“道就是规矩,即有所能就必有所不能”。我们是否将数学过于“神话”了呢?

《数学的逻辑》致力于消除人们对数学的神话和误解,从这层意义上来看,这本书是很成功的。推荐给大家。

模型视角
一个资深数学建模爱好者的知识、视角和建模乐趣分享!主理人:王海华,数学建模教师,著有《模型,就是数学化的思维》《数学建模实战:手把手教你参加数学建模竞赛》,参编《数学建模:教学设计与案例》《高中STEM精品课程资源课例》等。
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