基础数学是什么?
从小到大,数学一直伴随着我们成长,从1+1,到四则运算,到解方程,到函数几何,再到极限与无限,我们的认知从朴素的算术一步步前进,在祖国教育系统的敦促下,基本达到了懂较为抽象的函数世界。但是数学到底是什么,大概大家还没有一个很宏观的概念。
数学,在很多人眼里尚且停留在计算的程度,实际上不然。目前国内的数学专业大致最多有三个专业:计算数学,数学与应用数学,统计学三样。由于up自己是数应的,而且严格上讲,只有数应与数学整个理论体系最为贴合,所以此篇文章只涵盖数应,详细聊基础数学。
将基础数学分为几大部分,经典的分类是:几何,代数,分析,微分方程。
一、几何(研究形状)
炼气期:初等几何(二维,三维经典图形的性质)
筑基期:解析几何(三维中考虑点线面的坐标表示,推广至n维图形坐标的性质)
结丹期:微分几何(以参变量表示二维,三维光滑图形,探索奇怪形状的几个曲率,并将平面上的直线外推到曲面上的测地线,表示最短距离)
元婴期:黎曼几何(当一个曲面作为画布,测地线作为最短路径,我们应该如何考虑其上图形的微分性质呢?流形:当它动起来,又将如何考虑移动前后的变化关系呢?)
化神期:几何研究
二、代数(多维度研究万物,表示万物)
炼气期:认识多项式,理解设未知数的意义
筑基期(上):线性代数(了解行列式,矩阵运算与矩阵变换,特征值)
这个学科可以说是抽象的起点了,但是不像小学,1+1=2可以先用1个苹果+1个苹果=两个苹果作比;这里是从1+1=2开始的。实际上,我们是为了研究更实际的问题,先学习矩阵这个数学工具,类似于先理解1+1=2,再考虑这个1,2后面与之对应的客观事实。
但是由于矩阵后面的事实是很复杂的,为了节省时间,所以先学习其运算与特点。在学习此阶段时,可以先用n维向量与它在n维空间中的变化作为抽象考虑。
筑基期(下):高等代数(与线性代数一致,加入了更多证明成分)
结丹期:抽象代数(群,环,域)
其中,群是由于对对称性的研究产生的,比如一个正三角形有三个轴对称,三个旋转变化(120度,240度,360度),这几个变换涵盖了所有对称性(自封闭),并且可逆,旋转360度为恒等变换,所以这几个变换组成的集合构成群。
环是为了模而生的,矩阵构成的集合就是一个环,它同时也是模。
域即为数域,比如实数域,复数域。
元婴期:代数表示论
有时候一个代数(有元素,有运算的集合)不好表示,所以我们用线性空间来表示它。因为很多时候重要的是运算本身,所以用同态(保持运算)来合理连接两者。
化神期:代数研究
三、分析(研究连续函数与连续映射)
炼气期:函数,映射与集合(函数为数到数;映射为集合到集合,都是变化的表征)
筑基期:微积分(微分求梯度,积分求面积体积超体积)
结丹期:实变函数学十遍(给一般的集合赋予距离,用连续函数将它们映射到实数域中;在这样的意义下考虑定义微积分)
元婴期:复变函数(在复数域上理解连续函数,复数到复数;类似于二维平面到二维平面的映射,但是由于复数的定义有一些有意思的结论)
化神期:泛函分析心泛寒(考虑从任意集合到实数域或者复数域的映射,由于映射本身为变换的表征,也称之为“算子”,“泛函”)
下一境界:分析研究
四、微分方程
炼气期:解方程
筑基期:常微分方程
结丹期:偏微分方程