‘壹’ 数学研究的对象是什么有哪些类型
数学的研究对象可以是任何事物,只要它有量,并和事物发生关系,就能通过不同量的变化关系进行研究
‘贰’ 数学史对数学教育意义有什么意义
数学史既属史学领域,又属数学科学领域,因此数学史研究既要遵循史学规律,又要遵循数理科学的规律。根据这一特点,可以将数理分析作为数学史研究的特殊的辅助手段;
在缺乏史料或史料真伪莫辨的情况下,站在现代数学的高度,对古代数学内容与方法进行数学原理分析,以达到正本清源、理论概括以及提出历史假说的目的。数理分析实际上是“古”与“今”间的一种联系。
数学史是一门文理交叉学科,从今天的教育现状来看,文科与理科的鸿沟导致我们的教育所培养的人才已经越来越不能适应当今自然科学与社会科学高度渗透的现代化社会,正是由于科学史的学科交叉性才可显示其在沟通文理科方面的作用。
通过数学史学习,可以使数学系的学生在接受数学专业训练的同时,获得人文科学方面的修养,文科或其它专业的学生通过数学史的学习可以了解数学概貌,获得数理方面的修养。而历史上数学家的业绩与品德也会在青少年的人格培养上发挥十分重要的作用。
(2)数学史研究的对象有哪些扩展阅读:
数学史的研究范围:
按研究的范围又可分为内史和外史:
1、内史:从数学内在的原因(包括和其他自然科学之间的关系)来研究数学发展的历史;
2、外史:从外在的社会原因(包括政治、经济、哲学思潮等原因)来研究数学发展与其他社会因素间的关系。
数学史和数学研究的各个分支,和社会史与文化史的各个方面都有着密切的联系,这表明数学史具有多学科交叉与综合性强的性质。
从研究材料上说,考古资料、历史档案材料、历史上的数学原始文献、各种历史文献、民族学资料、文化史资料,以及对数学家的访问记录,等等,都是重要的研究对象,其中数学原始文献是最常用且最重要的第一手研究资料。
从研究目标来说,可以研究数学思想、方法、理论、概念的演变史;可以研究数学科学与人类社会的互动关系;可以研究数学思想的传播与交流史;可以研究数学家的生平等等。
‘叁’ 从数学的发展历史来看,数学的研究对象各个阶段有哪些
数学发展具有阶段性,因此根据一定的原则把数学史分成若干时期。目前通常将数学发展划分为以下五个时期:
1.数学萌芽期(公元前600年以前);
2.初等数学时期(公元前600年至17世纪中叶);
3.变量数学时期(17世纪中叶至19世纪20年代);
4.近代数学时期(19世纪20年代至第二次世界大战);
5.现代数学时期(20世纪40年代以来)
在数学萌芽期这一时期,数学经过漫长时间的萌芽阶段,在生产的基础上积累了丰富的有关数和形的感性知识。到了公元前六世纪,希腊几何学的出现成为第一个转折点,数学从此由具体的、实验的阶段,过渡到抽象的、理论的阶段,开始创立初等数学。此后又经过不断的发展和交流,最后形成了几何、算术、代数、三角等独立学科。世界上最古老的几个国家都位于大河流域:黄河流域的中国;尼罗河下游的埃及;幼发拉底河与底格里斯河的巴比伦国;印度河与恒河的印度。这些国家都是在农业的基础上发展起来的,因此他们就必须掌握四季气候变迁的规律。
现在对于古巴比伦数学的了解主要是根据巴比伦泥版,这些数学泥版表明,巴比伦自公元前2000年左右即开始使用60进位制的记数法进行较复杂的计算了,并出现了60进位的分数,用与整数同样的法则进行计算;已经有了关于倒数、乘法、平方、立方、平方根、立方根的数表;借助于倒数表,除法常转化为乘法进行计算。巴比伦数学具有算术和代数的特征,几何只是表达代数问题的一种方法。这时还没有产生数学的理论。对埃及古代数学的了解,主要是根据两卷纸草书。从这两卷文献中可以看到,古埃及是采用10进位制的记数法。埃及人的数学兴趣是测量土地,几何问题多是讲度量法的,涉及到田地的面积、谷仓的容积和有关金字塔的简易计算法。但是由于这些计算法是为了解决尼罗河泛滥后土地测量和谷物分配、容量计算等日常生活中必须解决的课题而设想出来的,因此并没有出现对公式、定理、证明加以理论推导的倾向。埃及数学的一个主要用途是天文研究,也在研究天文中得到了发展。由于地理位置和自然条件,古希腊受到埃及、巴比伦这些文明古国的许多影响,成为欧洲最先创造文明的地区。
希腊的数学是辉煌的数学,第一个时期开始于公元前6世纪,结束于公元前4世纪。泰勒斯开始了命题的逻辑证明,开始了希腊伟大的数学发展。进入公元前5世纪,爱利亚学派的芝诺提出了四个关于运动的悖论,柏拉图强调几何对培养逻辑思维能力的重要作用,亚里士多德建立了形式逻辑,并且把它作为证明的工具;德谟克利特把几何量看成是由许多不可再分的原子所构成。第二个时期自公元前4世纪末至公元1世纪,这时的学术中心从雅典转移到了亚历山大里亚,因此被称为亚历山大里亚时期。这一时期有许多水平很高的数学书稿问世,并一直流传到了现在。公元前3世纪,欧几里得写出了平面几何、比例论、数论、无理量论、立体几何的集大成的着作几何原本,第一次把几何学建立在演绎体系上,成为数学史乃至思想史上一部划时代的名着。之后的阿基米德把抽象的数学理论和具体的工程技术结合起来,根据力学原理去探求几何图形的面积和体积,奠定了微积分的基础。阿波罗尼写出了《圆锥曲线》一书,成为后来研究这一问题的基础。公元一世纪的赫伦写出了使用具体数解释求积法的《测量术》等着作。二世纪的托勒密完成了到那时为止的数理天文学的集大成着作《数学汇编》,结合天文学研究三角学。三世纪丢番图着《算术》,使用简略号求解不定方程式等问题,它对数学发展的影响仅次于《几何原本》。希腊数学中最突出的三大成就--欧几里得的几何学,阿基米德的穷竭法和阿波罗尼的圆锥曲线论,标志着当时数学的主体部分--算术、代数、几何基本上已经建立起来了。
罗马人征服了希腊也摧毁了希腊的文化。公元前47年,罗马人焚毁了亚历山大里亚图书馆,两个半世纪以来收集的藏书和50万份手稿竞付之一炬。
从5世纪到15世纪,数学发展的中心转移到了东方的印度、中亚细亚、阿拉伯国家和中国。在这1000多年时间里,数学主要是由于计算的需要,特别是由于天文学的需要而得到迅速发展。古希腊的数学看重抽象、逻辑和理论,强调数学是认识自然的工具,重点是几何;而古代中国和印度的数学看重具体、经验和应用,强调数学是支配自然的工具,重点是算术和代数。
印度的数学也是世界数学的重要组成部分。数学作为一门学科确立和发展起来。印度数学受婆罗门教的影响很大,此外还受希腊、中国和近东数学的影响,特别是受中国的影响。
此外,阿拉伯数学也有着举足轻重的作用,阿拉伯人改进了印度的计数系统,"代数"的研究对象规定为方程论;让几何从属于代数,不重视证明;引入正切、余切、正割、余割等三角函数,制作精密的三角函数表,发现平面三角与球面三角若干重要的公式,使三角学脱离天文学独立出来。
在我国,春秋战国之际,筹算已得到普遍的应用,筹算记数法已使用十进位值制,这种记数法对世界数学的发展是有划时代意义的。这个时期的测量数学在生产上有了广泛应用,在数学上亦有相应的提高。战国时期的百家争鸣也促进了数学的发展,秦汉是封建社会的上升时期,经济和文化均得到迅速发展。中国古代数学体系正是形成于这个时期,它的主要标志是算术已成为一个专门的学科,以及以《九章算术》为代表的数学着作的出现。
《九章算术》是战国、秦、汉封建社会创立并巩固时期数学发展的总结,就其数学成就来说,堪称是世界数学名着。魏、晋时期赵爽与刘徽的工作为中国古代数学体系奠定了理论基础。刘徽用无穷分割的方法证明了直角方锥与直角四面体的体积比恒为2:1,解决了一般立体体积的关键问题。在证明方锥、圆柱、圆锥、圆台的体积时,刘徽为彻底解决球的体积提出了正确途径。这之后,我国数学经过像秦九邵、祖冲之、郭守敬、程大位这样的数学家进一步发展了我国的数学事业。
在西欧的历史上,中世纪的黑暗在一定程度上阻碍了数学的发展,15世纪开始了欧洲的文艺复兴,使欧洲的数学得以进一步发展,15世纪的数学活动集中在算术、代数和三角方面。缪勒的名着《三角全书》是欧洲人对平面和球面三角学所作的独立于天文学的第一个系统的阐述。16世纪塔塔利亚发现三次方程的代数解法,接受了负数并使用了虚数。16世纪最伟大的数学家是伟达,他写了许多关于三角学、代数学和几何学的着作,其中最着名的《分析方法入门》改进了符号,使代数学大为改观;斯蒂文创设了小数。17世纪初,对数的发明是初等数学的一大成就。1614年,耐普尔首创了对对数,1624年布里格斯引入了相当于现在的常用对数,计算方法因而向前推进了一大步。至此,初等数学的主体部分--算术、代数与几何已经全部形成,并且发展成熟。
变量数学时期从17世纪中叶到19世纪20年代,这一时期数学研究的主要内容是数量的变化及几何变换。这一时期的主要成果是解析几何、微积分、高等代数等学科。
17世纪是一个开创性的世纪。这个世纪中发生了对于数学具有重大意义的三件大事。 首先是伽里略实验数学方法的出现,它表明了数学与自然科学的一种崭新的结合。其特点是在所研究的现象中,找出一些可以度量的因素,并把数学方法应用到这些量的变化规律中去。第二件大事是笛卡儿的重要着作《方法谈》及其附录《几何学》于1637年发表。它引入了运动着的一点的坐标的概念,引入了变量和函数的概念。由于有了坐标,平面曲线与二元方程之间建立起了联系,由此产生了一门用代数方法研究几何学的新学科--解析几何学。这是数学的一个转折点,也是变量数学发展的第一个决定性步骤。第三件大事是微积分学的建立,最重要的工作是由牛顿和莱布尼兹各自独立完成的。他们认识到微分和积分实际上是一对逆运算,从而给出了微积分学基本定理,即牛顿-莱布尼兹公式。17世纪的数学,发生了许多深刻的、明显的变革。在数学的活动范围方面,数学教育扩大了,从事数学工作的人迅速增加,数学着作在较广的范围内得到传播,而且建立了各种学会。在数学的传统方面,从形的研究转向了数的研究,代数占据了主导地位。在数学发展的趋势方面,开始了科学数学化的过程。最早出现的是力学的数学化,它以1687年牛顿写的《自然哲学的数学原理》为代表,从三大定律出发,用数学的逻辑推理将力学定律逐个地、必然地引申出来。18世纪数学的各个学科,如三角学、解析几何学、微积分学、数论、方程论,得到快速发展。19世纪20年代出现了一个伟大的数学成就,它就是把微积分的理论基础牢固地建立在极限的概念上。柯西于1821年在《分析教程》一书中,发展了可接受的极限理论,然后极其严格地定义了函数的连续性、导数和积分,强调了研究级数收敛性的必要,给出了正项级数的根式判别法和积分判别法。而在这一时期,非欧几何的出现,成为数学史上的一件大事,非欧几何的出现,改变了人们认为欧氏几何唯一地存在是天经地义的观点。它的革命思想不仅为新几何学开辟了道路,而且是20世纪相对论产生的前奏和准备。这时人们发现了与通常的欧几里得几何不同的、但也是正确的几何--非欧几何。非欧几何所导致的思想解放对现代数学和现代科学有着极为重要的意义,因为人类终于开始突破感官的局限而深入到自然的更深刻的本质。非欧几何的发现,黎曼和罗巴切夫斯基功不可灭,黎曼推广了空间的概念,开创了几何学一片更广阔的领域--黎曼几何学。后来,哈密顿发现了一种乘法交换律不成立的代数--四元数代数。不可交换代数的出现,改变了人们认为存在与一般的算术代数不同的代数是不可思议的观点。它的革命思想打开了近代代数的大门。另一方面,由于一元方程根式求解条件的探究,引进了群的概念。19世纪20~30年代,阿贝尔和伽罗瓦开创了近世代数学的研究。这时,代数学的研究对象扩大为向量、矩阵,等等,并渐渐转向代数系统结构本身的研究。19世纪还发生了第三个有深远意义的数学事件:分析的算术化。1874年威尔斯特拉斯提出了被称为"分析的算术化"的着名设想,实数系本身最先应该严格化,然后分析的所有概念应该由此数系导出。19世纪后期,由于狄德金、康托和皮亚诺的工作,这些数学基础已经建立在更简单、更基础的自然数系之上。
20世纪40~50年代,世界科学史上发生了三件惊天动地的大事,即原子能的利用、电子计算机的发明和空间技术的兴起。此外还出现了许多新的情况,促使数学发生急剧的变化。1945年,第一台电子计算机诞生以后,由于电子计算机应用广泛、影响巨大,围绕它很自然要形成一门庞大的科学。计算机的出现更是促进了数学的发展,使数学分为了三个领域,纯粹数学,计算机数学,应用数学。 现代数学虽然呈现出多姿多彩的局面,但是它的主要特点可以概括如下:(1)数学的对象、内容在深度和广度上都有了很大的发展,分析学、代数学、几何学的思想、理论和方法都发生了惊人的变化,数学的不断分化,不断综合的趋势都在加强。(2)电子计算机进入数学领域,产生巨大而深远的影响。(3)数学渗透到几乎所有的科学领域,并且起着越来越大的作用,纯粹数学不断向纵深发展,数理逻辑和数学基础已经成为整个数学大厦基础。
‘肆’ 从数学的发展历史来看,数学的研究对象各个阶段有哪些
1、数学发生图
数学可分为五大学科:纯粹(基础)数学、应用数学、计算数学、运筹与控制、概率论与数理统
计。
应用数学则以以上数学为综合理论基础,可分为:价值数学、运筹学、数理统计学、系统科
学、决策论等。目前又发展出混沌、小波变换、分形几何等。
2、算术:人类逐步有了数的概念,由自然数开始。由于人有十个手指,所以多数民族建立了十进位制的自然数表示方法。二十个一组的太多太大,不能一目了然,还要用上脚趾,五个一组又太少,使组数太多,十个一组是比较会让人喜爱的折衷方法。有古巴比仑记数法、希腊记数法、罗马记数法、中国记数法,发展进步了5000年后,印度人第一次发明了零,零加自然数称为为整数,传入伊斯兰世界形成目前通用的阿拉伯数字。计算机的出现又需要二进位制,就是近几十年的事了。
算术运算起步只需要有加法的概念,乘是多次加的简化运算,减是加的逆运算,除是乘的逆运算,这就是四则运算。除法很快导致了分数的出现,以十、百等为分母的除法,简化表达就是
小数和循环小数。不是拥有钱而是欠人的钱如何表示,这就出现了负数,以上这些数放在一起,
就是有理数,可以表示在一个数轴上。人们曾经很长时间以为数轴上的数都是有理数,后来有人发现,正方形的边是1,它的对角线长度就无法用有理数表示,用园规在数轴上找到那个对应点就是无理数的点,这是第一次数学危机。1761年德国物理学家和数学家兰伯卢格严格证明了
π也是一个无理数,这样把无理数包入之后,有理数与无理数统称为实数,数轴也称之为实数轴。后来人们发现,如果在实数轴上随机的抽取,得到有理数的概率几乎是零,得到无理数的概率几乎是1,无理数比有理数多得多。为什么会如此,因为我们生活的这个客观世界,本来就是无理的多过有理的。为了解决负数的开平方是什么,16世纪出了虚数i,虚轴与实轴垂直交叉形成一个复平面,数也发展成为由虚部和实部组成的复数。数的概念会不会继续发展,我们试目以待。
3、代数:对实数的运算进入代数学阶段,有“加、减、乘、除、乘方、开方、指数、对数”八则,用符号代表数,列出方程,求解方程成了比算术更有力的武器。这个时期称为初等数学,从5世纪一直到17世纪,大约持续了一千多年。初等数学是常数的数学。对一组数群体性质的研究就导
致线性代数。
4、几何:以上是研究数的,在研究形方面也平行的发展着,古希腊的欧几里得用公理化的方法,构建了几何学是最辉煌的成就。二千多年前的平面几何成就已经与目前中学几何教科书几乎一样了。他们还了解了众多曲线的性质,在计算复杂图形的面积时,接近了高等数学。还初步了解到三角函数的值。在几何学方面,后来进一步发展出非欧几何,包括罗巴切夫几何、黎曼几何、图论和拓扑学等分支。 直到17世纪,笛卡尔的工作终于把平行发展的代数与几何联系起来,除建立了平面坐标系之外,还完善了目前通行的符号运算系统。
5、变量数学 : 变化着的量以及它们间的依赖关系,产生了变量与函数的概念,研究函数的领域叫数学分析,其主要内容是微积分,牛顿由物理力学推动了微积分的产生,莱布尼兹从数学中求曲线多边形的面积出发推动了微积分的发现,两人的工作殊途同归,目前的微积分符号的记法,都是莱布尼兹最先采用的。他们都运用了极限的概念和无穷小的分析方法。 有了微积分,一系列分支出现了,如级数理论、微分方程、偏微分方程、微分几何等等。级数是无穷项数列的求和问题,微分方程是另一类方程,它们的解不是数而是函数,多元的情况下就出现了偏微分概念和偏微分方程。微分几何是关于曲线和曲面的一般理论,将实数分析的方法推广到复数域中就产生了复变函数论。
6、概率论和数理统计 : 前面涉及的数量,无论是常量还是变量都是确定的量,但自然界中存在大量的随机现象,其中存在很多不确定的、不可预测的量、是具有偶然性的量,这就由赌博中产生了概率论及其统计学等相关分枝。
7、模糊数学 : 前面涉及的数量,无论是常量还是变量都是“准确”的量,但自然界中存在大量的不准确现象,人为地准确化只能使我们对客观世界的描述变得不准确。“乏晰数学”Fuzzy就是以这种思想观点和方法研究问题的数学。
‘伍’ 数学史是如何分期的各个时期有什么特点
数学史的分期或发展过程 数学史的分期也是讲述数学史时必然会遇到的问题,它实际上设计按怎样的线索来描述数学发展的历史。
不同的线索将给出不同的分期,通常采用的线索如: 1.按时代顺序 2.按数学对象,方法等本身的质变过程 3.按数学发展的社会背景等等。由于数学的发展是一个错综复杂的只是过程与社会过程,用单一的线索贯穿难免有会有偏颇,因此一般数学通史着作往往采取以某一线索为主,同时兼顾其他因素的做法。分期问题的深入讨论属于数学史专门研究的范围,而且存在许多争议。对数学史作出如下分期: 1.数学的起源与早期发展(公元前6世纪) 2.初等数学时期(公元前6世纪——16世纪) ①古代希腊数学(公元前6世纪——6世纪) ②中世纪东方数学(3世纪——15世纪) ③欧洲文艺复兴时期(15世纪——16世纪) 3.近代数学时期(或称变量数学建立时期,17世纪——18世纪) 4.现代数学时期(1820——现在) ①现代数学酝酿时期(1820——1870) ②现代数学形成时期(1870——1940) ③现代数学繁荣时期(或称当代数学时期,1950——现在) 特别说明的是,关于现代数学的起始与划分,目前分歧较大。
‘陆’ 数学的研究对象和要解决的问题是什么有哪些主要特点
数学研究的对象是数量、结构、变化、空间以及信息等概念,解决的是现实世界的任何问题。数学的主要特点是严谨性。
所有的数学对象本质上都是人为定义的,它们并不存在于自然界,而只存在于人类的思维与概念之中。因而,数学命题的正确性,无法像物理、化学等以研究自然现象为目标的自然科学那样,能够借助于可以重复的实验、观察或测量来检验,而是直接利用严谨的逻辑推理加以证明。一旦通过逻辑推理证明了结论,那么这个结论也就是正确的。
(6)数学史研究的对象有哪些扩展阅读:
数学的公理化方法实质上就是逻辑学方法在数学中的直接应用。在公理系统中,所有命题与命题之间都是由严谨的逻辑性联系起来的。从不加定义而直接采用的原始概念出发,通过逻辑定义的手段逐步地建立起其它的派生概念;由不加证明而直接采用作为前提的公理出发,借助于逻辑演绎手段而逐步得出进一步的结论,即定理;然后再将所有概念和定理组成一个具有内在逻辑联系的整体,即构成了公理系统。
严谨是数学证明中很重要且基本的一部分。数学家希望他们的定理以系统化的推理依着公理被推论下去。这是为了避免依着不可靠的直观,从而得出错误的“定理”或“证明”,而这情形在历史上曾出现过许多的例子。在数学中被期许的严谨程度因着时间而不同:希腊人期许着仔细的论点,但在牛顿的时代,所使用的方法则较不严谨。牛顿为了解决问题所作的定义,到了19世纪才让数学家用严谨的分析及正式的证明妥善处理。数学家们则持续地在争论电脑辅助证明的严谨度。当大量的计算难以被验证时,其证明亦很难说是有效地严谨。