为什么你感受不到数学的美?

教育   2024-10-27 10:56   湖南  

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几乎所有的数学家都认为数学是优美的。学过泛函分析的学生都知道著名的Han-Banach定理。这个定理的提出者巴拿赫曾说过,“数学是人类最美及最有力的创造”。


巴拿赫(1892~1945)


数学的美体现在很多方面,其中之一是对称美。对称是自然界之美的一种表现形式,在动物、植物以及自然景观中,对称的现象随处可见:美丽的蝴蝶、灵动的蜻蜓、开屏的孔雀都是左右对称的;宽大的荷叶、火红的枫叶等许多植物叶片也是对称的;晶莹的雪花、横空的彩虹同样是对称的。

自然界中对称的例子比比皆是


对称在数学中随处可见。古希腊著名哲学家亚里士多德曾说过:“数学科学特别表现次序、对称和限制,这些是美的最高形式”。

亚里士多德(约384BC-322BC)


几何中很多图形具有对称性,比如平面上的长方形、圆形、等腰三角形,立体图形中的立方体、圆柱体、球体等。平面上的对称图形有一条或多条对称轴,而对称立体图形则有一个或多个对称面。高维空间中人们所研究的集合不少也有对称性。

在现实生活中,直线是一维、平面是二维、立体是三维,如果把时间考虑进来,就有四维空间。在数学中,可以考虑任意高维的空间。更有意思的是,还有分数维空间。分形作为欧氏空间中的自相似子集,其维数通常都不是整数。大多数分形的图形都非常惊艳,下面给出一些例子。




代数中也有大量的对称,从小学的a乘b等于b乘a,到中学的对称多项式,乃至大学的对称矩阵、对称群等等都是对称的例子。对称性还为数学中的许多分析技巧、证明方法提供了思路。





对称多项式


上述亚里士多德在谈对称时,还提到了次序。“序”是数学中重要的概念,有序的事情是和谐的、美好的。德国数学家、哲学家莱布尼茨曾说过:“次序、对称、和谐让我们陶醉,……上帝是纯粹有序的,他是宇宙和谐的缔造者。

莱布尼茨(1646-1716)


莱布尼茨与牛顿独立创立了微积分,现在我们微积分所用的数学符号均源自于他。莱布尼茨的职业是律师,他发明及完善了二进制。据说这一发明与中国密切相关:相传法国数学家、传教士白晋把中国外圆内方的易经八卦图送给过莱布尼茨,这对他发明二进制有启发作用。

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排版编辑:邓雨霞

责任编辑:邓雨霞


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