導讀:高等數學有什麼用?很多人都在問這個問題。其實大多數人在問這個問題的時候,心裡已經預設了否定的答案。確實,對於大多數人來說,已經發展到了連數字都基本很少用了的一些高等數學分支,是過於虛無飄渺了。但是實際上,今天我們的生活已經完全離不開數學。甚至可以這麼說,沒有高等數學的發展,就不會有今天的現代社會。
也許很多人會懷疑這點,那麼我們就來稍微介紹一下現在高等數學的各主要學科的“用處”。初等數學就不說了,一些如離散數學、運籌學、控制論等純粹就是為了應用而發展起來的分支也不說了,重點介紹基礎方面的。
數學分析:主要包括微積分和級數理論。微積分是高等數學的基礎,應用範圍非常廣,基本上涉及到函式的領域都需要微積分的知識。級數中,傅立葉級數和傅立葉變換主要應用在訊號分析領域,包括濾波、資料壓縮、電力系統的監控等,電子產品的製造離不開它。
實變函式(實分析):數學分析的加強版之一。主要應用於經濟學等註重資料分析的領域。
復變函式(復分析):數學分析加強版之二。應用很廣的一門學科,在航空力學、流體力學、固體力學、資訊工程、電氣工程等領域都有廣泛的應用,所以工科學生都要學這門課的。
高等代數:主要包括線形代數和多項式理論。線形代數可以說是目前應用很廣泛的數學分支,資料結構、程式演演算法、機械設計、電子電路、電子訊號、自動控制、經濟分析、管理科學、醫學、會計等都需要用到線形代數的知識,是目前經管、理工、計算機專業學生的必修課程。
高等幾何:包括空間解析幾何、射影幾何、球面幾何等,主要應用在建築設計、工程製圖方面。
分析學、高等代數、高等幾何是近代數學的三大支柱。
微分方程:包括常微分方程和偏微分方程,重要工具之一。流體力學、超導技術、量子力學、數理金融、材料科學、樣式識別、訊號(影象)處理 、工業控制、輸配電、遙感測控、傳染病分析、天氣預報等領域都需要它。
泛函分析:主要研究無限維空間上的函式。因為比較抽象,在技術上的直接應用不多,一般應用於連續介質力學、量子物理、計算數學、控制論、最最佳化理論等理論。
近世代數(抽象代數):主要研究各種公理化抽象代數系統的。技術上沒有應用,物理上用得比較多,尤其是其中的群論。
拓撲學:研究集合在連續變換下的不變性。在自然科學中應用較多,如物理學的液晶結構缺陷的分類、化學的分子拓撲構形、生物學的DNA的環繞和拓撲異構酶等,此外在經濟學中也有很重要的應用。
泛函分析、近世代數、拓撲學是現代數學三大熱門分支。
非歐幾何:主要應用在物理上,最著名的是相對論。
數論:曾經被認為是數學家的遊戲、唯一不會有什麼應用價值的分支。著名的哥德巴赫猜想就是數論裡的。現在隨著網路加密技術的發展,數論也找到了自己用武之地——密碼學。前幾年破解MD5碼的王小雲就是數論出身。
到目前為止,數學的所有一級分支都已經找到了應用領域,從自然科學、社會科學、工程技術到資訊科技,數學的影響無處不在。如果沒有高等數學在二十世紀的發展,我們平時所玩的電腦、上的網路、聽的mp3、用的手機都不可能存在。當然,一般的普通大眾是沒必要了結這些艱深抽象的東西,但是它們的存在和發展卻是必需的,總要有一些人去研究這些。
數學,就是算術,小學直接面對數字,計算,1+1=2之類的東東,初中有了代數和方程,實際上就是用一個字母來代表一個數,這個數的具體值可以是未知的。到了高中,主要研究未知數的對應變化關係,即函式。到了大學,更進一步,研究函式值的變化規律,比如導數就是函式的變化率。最後泛函就是研究不同函式之間的變化關係了。
數學是從具體到抽象,再抽象的過程,從自然數到集合,從集合到群,從群到拓撲,從拓撲到流形。只要你有時間,都能看懂,必竟數學家也是人,人腦是肉長的。肉長的人腦能想到的東西也就這點了。
最難的還是數論,一個哥德巴赫猜想,整了三百年,沒人想出來怎麼證。搞數論,人腦估計不夠用了。
不過,對於大多數數學家來說,研究數學的目的就是為了好玩。這種心情和宅男們對galgame的感情在本質上是沒有什麼不同的。所謂數學的“用處”,不過是一個副產品罷了。
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