數學符號:宇宙的語言

2020-12-13 小鳥語花香味

上圖中的中文符號表示的是清朝數學家李善蘭對微分方程

的演示,如果不做說明,就像天書一樣,無法讓人看懂,更無法快速傳播。這體現了在清朝把微積分剛剛引入中國時,表達方式的笨拙。

中國古代就一直用文字描述各種規律,比如「求邪至日者,以日下為勾,日高為股,勾股各自乘,並而開方除之,得邪至日」,再比如「圓周盈數三丈一尺四寸一分五釐九毫二秒七忽,朒數三丈一尺四寸一分五釐九毫二秒六忽,正數在盈朒二限之間」,用現代數學語言表達就是「

」和「

」,兩種表達方式高低立判。

李善蘭

中西數學符號差異,是由中西傳統文化的差異造成的,需要從文化傳統心理的深層次進行剖析。李善蘭是19世紀後半葉中國最重要的數學家、天文學家,牛頓力學就是1858年被李善蘭引入中國的。

數學關係和證明不是歸納的而是演繹的,是形式的。換句話說,數學是一個形式系統。「形式的」意味著純粹的形式,百分之百的抽象。正是古希臘人把數學變成一個抽象系統,一種特別的符號語言。這使人們不僅可以描述具體的現實世界,而且可以解釋它最深層的模式和規律。數學符號簡化的記法,常常是深奧的理論的源泉,沒有數學符號就沒有今日的數學。國際數學教育委員會前主席、數學家H.弗賴登塔爾(H.Freudenthal,1908—1990)有一句名言:「沒有一種數學思想,以它被發現時的那個樣子發表出來。一個問題被解決以後,相應地發展成一種形式化的技巧,結果使得火熱的思考變成了冰冷的美麗。」凡是接觸數學的人,都將看到簡潔、端莊、和諧、奇異,兼具藝術美和科學美的符號。數學符號是數學科學專門使用的特殊符號,是一種含義高度概括、形體高度濃縮的抽象的科學語言。

第一個自覺運用數學符號的是希臘數學家丟番圖(約246—330)。他創用的數學符號僅是文字的縮寫,且比較隨便,還算不上真正的數學符號體系。到了16世紀,科學的迅速發展,對數學尤其是代數學提出了新的要求,促使代數學變革,應運而生地出現了真正的代數符號。這項工作首推法國數學家韋達(1540—1603),他在前人基礎上對代數符號體系的建立做出了重要貢獻;後來的法國數學家笛卡爾等人加盟,才逐漸使數學符號體系基本形成。這一探索、演變過程,從古至今花了三千多年的時間。

微積分是發明還是發現?它在內容上是發現,形式上是發明。萊布尼茨在微積分方面的貢獻突出地表現在他發明了一套非常完備的符號系統。在對微積分本身的純數學的推導上,這套體系非常優越。1675年,他引入dx表示x的微分,「∫」表示積分。他比別人更早更明確地認識到,好的符號能大大節省思維勞動,運用符號的技巧是數學成功的關鍵之一。

萊布尼茨

他自覺和格外慎重地引入每一個數學符號,常常對各種符號進行長期的比較研究,然後再選擇他認為最好的、富有啟示性的符號。在20世紀初的算子理論,像微分算子、積分算子等研究中,萊布尼茨的體系顯得更加有效。

1859年,英國傳教士偉列亞力與清代數學家李善蘭共譯《代數學》,此為西方符號代數第一次被系統地介紹到我國。李善蘭譯本書名取的是《代微積拾級》,「代」指的是解析幾何(當時叫代數幾何),「微」指「微分」,「積」指「積分」。李善蘭與徐光啟一樣,具有聰明才智和出眾的技巧,這本書的譯文十分優美。

李善蘭的功績很大,但因受了中國古代傳統數學影響,他在翻譯西方算學符號方面,嚴守「祖宗家法」,更多地用漢字代替西方算學符號,甚至煞費苦心地沿用中算符號或硬造漢字符號,使用了一套光怪陸離的符號體系,使中算符號難寫、難認,表意抽象,不易理解和推廣,今人讀之,宛若天書。如函數符號f(x)他用「函天」表示,加減號(+,-)改為(⊥,┬)(取上下兩字之形)等,甚至堅持豎式排版。中國明代以後領先世界的數學漸衰,這與沒有使用先進符號是有關係的。

李善蘭等中外譯者所譯的符號系統與形式,為中國數學的進一步發展,為中國數學和世界的交流,設下了許多障礙。直到辛亥革命之後,他創造的那套笨重的數學符號才被棄用,而直接代之以國際通用的符號體系,至此,數學在中國終於實現符號化,並與世界接軌。

中國古代數學的不足之一,就是很少創用先進的數學符號,大都用文字敘述。我國不完善的符號體系對中國數學發展的重大影響:第一,不完善的符號體系影響了中國古代數學的邏輯推理和證明,使中國古代數學很難產生和形成公理化體系;第二,不完善的符號體系使中國傳統數學很難產生符號代數、解析幾何和微積分近代變量數學。

我國數學史家梁宗巨先生曾說:「一套合適的符號,能夠精確、深刻地表達某種概念、方法和邏輯關係。」數學家索緒爾說:「哲學家和邏輯學家所忘記的是,從一個符號系統獨立於它所指代的物體開始,它自己就發生了邏輯學家所無法估量的飛躍。」數學符號就是數學的「文字」。

伽利略曾說:「數學是上帝用來描繪宇宙的語言。」

相關焦點

  • 宇宙通用語言 ——數學
    數學語言可以在全宇宙通用不知大家是否有過這個疑問,全世界的語言各不相同,但為什麼都在使用同一種阿拉伯數字?是的,阿拉伯數字作為最普及的數學語言,在經過了蘇美爾數學、埃及數學、羅馬數學等數學語言類型的演變後,最終形成了今天全球通用的數學語言。
  • 數學符號——別具一格的世界語言
    1.數學符號的功能在世界上能不分國家和種族都適用的文字,只有惟一的數學符號。俄國數學家羅巴切夫斯基說:」數學符號的語言更加完善、準確明了地提供了把一些概念傳達給別人的方法。利用了符號,數學上的每一個論斷和它所描述的東西就可以更快地被別人所了解。」數學符號的重要性日益被人們所認識,而了解數學符號的創造歷史,就顯得很有意義了。
  • 數學趣覽Ⅹ 數學符號,別具一格的世界語言
    在世界上能不分國家和種族都適用的文字,只有惟一的數學符號。當您用數學符號寫出一個運算或推理過程的時候,如:任何國家只要念過初中的人都會明白無誤地懂得它所表達的意思。數學能以現在的這種表示簡明、結構優美的形式出現,首先得要感謝數學記號和符號體系的出現,它對數學的發展和推動作用是極其巨大的。
  • 【教學研討】數學中文字語言和符號語言的互譯
    把抽象的數學問題具體化,場景化,幫助我們理清大腦思路,不同的語言體現不同的邏輯思路,將數學中的文字語言能夠便捷的轉化為符號語言,使用符號形式來解決實際問題。那麼積累數學相關的詞彙,理解這些詞彙背後的數學意義,掌握兩種語言的互譯,學生將擺脫問題的困擾,學習數學事倍功半,受益無窮。讓學生在我們數學教師的引導下一直觀察、思考、實踐,帶著不一樣視角,審視數學,發現樂趣,對孩子後期數學學習有極大的幫助。
  • 數學將成為宇宙通用語言?|知識周刊
    例如,在埃及,人們把一個像324這樣的數字寫成三個「一百」的符號、兩個「十」的符號和四個「一」的符號。要把兩個數字相加,人們就把它們所有的符號放置在一起,必要時把十個「一」換成一個「十」,以此類推。這跟我們現在不時地把零錢放到一起,然後用較大面額的紙幣置換較小面額的錢幣非常相似。誰也不需要記住1十1=2,因為|和|的和顯然就是||。
  • 數學學習和研究的高效語言,數學符號,簡明、直觀、準確、優美
    數學思維是一種典型化的科學、抽象思維,而數學思維精準、有效地表達、傳播,單純依靠日常語言是很難被人所感知的。同時,數學思維的一個鮮明特點是其表達語言的符號化、形式化。數學符號相對於日常書面語言和口頭語言是有局限性的,它是為適應數學思維特殊需要而出現的。
  • 數學中的符號語言
    而數學中的一些符號也是數學表達世界的一種媒介,它們簡潔優雅,高端大氣,但有的符號因為罕見或誤解而變味,今天我就給大家梳理了高一相關的一些數學符號。一、任意這個符號的意思是任意,在數學中具有十分重要的意義,表示所有,全體。出現這樣的符號要求極高,不允許任何的「濫竽充數」。
  • 「數學符號語言」和「圖象幾何特徵」!
    為了寫出對應的數學符號語言,你就要理解「y=f(2x-1)是奇函數」的代數特徵:首先要明確的是函數y=f(2x-1)的自變量是x,是x的變化引起了2x-1的變化,進而引起了函數y=f(2x-1)的變化;其次,所謂「y=f(2x-1)是奇函數」就是函數y=f(2x-1)的自變量x取了和為0的兩個自變量的值,可以用x和-x表示,對應的函數值和為0.
  • 應用數學的哲學 | 全部物理宇宙全部能由數學理解
    此外,直覺主義者對他們能接受的無窮符號給出嚴格限制。他們相信數學完全是人類心智的產物,並且他們規定數學僅能把無窮用於1-2-3類型過程的算術延伸。結果,他們在證明中僅僅允許可數的運算,即能由自然數描述的運算。最後,作為這四個陣營的最老成員,柏拉圖主義者相信外部的現實,以及數很數學之外其他事物的存在。
  • 數學簡史之「數學的符號化」
    數學符號的產生或發明,是數學史上具有劃時代意義的、必然的事情。那麼,數學符號究竟是如何產生的呢?數學符號不是數學家主觀臆造的,也不是開會達成的協議;數學符號既不先於文字產生,也不早於數學產生,而是隨著數學發展的需要同時產生的。
  • 幻想系列:宇宙大爆炸——多重宇宙,是邏輯推理,還是數學幻想
    一個大爆炸,形成了我們當前的宇宙。這個大爆炸,只是一個相對被認可的假設,不是宇宙形成的結論。就以此假設來講:宇宙自身好孤單,就像我們人類一樣的孤單。當前,我們不是一樣沒有尋找到外星人,都在好奇地尋找,或許是我們科技水平還太低了吧!
  • 數學符號與數學公式的規範表達
    內容群發時間:星期一(語言文字)7:00,星期三(出版、編校)9:00。,是從特定的任務出發,人為創造出來表達完整數學概念的符號。數學符號十分繁雜,既有大量的未知量和變量符號,又有許多關係符號、運算符號、說明性符號。因此,數學符號的使用,要求做到規範、簡明,準確表達複雜的數學內容。經國家權威機構制定頒布的符號稱為規定符號。規定符號具有相對穩定性和嚴格約束性,要求在出版物中遵照使用。
  • 數學符號【和】數學公式
    數學符號【和】數學公式
  • 明天教你認識數學符號
    明天教你認識數學符號 青島全搜索電子報   2015.05.26 星期二 □青島日報/青報網記者 劉 淼    本報訊 阿拉伯數字是怎麼來的呀?誰規定了加、減、乘、除四種運算?我們學習的公式又是怎麼變出來的?
  • 2011年5月程式語言排行榜:用MATLAB構建宇宙
    MATLAB是矩陣實驗室(Matrix Laboratory)的簡稱,是美國MathWorks公司出品的商業數學軟體,用於算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境,主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。
  • 自然是一本數學語言的書?應用數學與純粹數學的比較
    這個觀點吸引了任何一個熱愛數學的人,但是它經得起檢驗嗎?劍橋大學物理哲學家的傑裡米·巴特菲爾德有下面一些觀點分享給我們。數學宇宙假說毫無疑問在科學的歷史中,尤其是物理學,提供了無數的例證據在用數學語言的力量去描述自然現象方面。
  • 數學符號,鮮為人知的偉大發明!
    運算符號可是在歐洲中世紀才被發明出來的,而在這之前可是並沒有數學運算符號哦!在之前的漫長的將近5000年時間裡,從古美索不達米亞人到古希臘人、印度人、阿拉伯人以及我們中國人,在數學的表達裡都是沒有運用數學符號的,那麼人們是怎麼來書寫數學公式的呢?
  • 自然是一本數學語言的書?應用數學與純粹數學的區別
    這個觀點吸引了任何一個熱愛數學的人,但是它經得起檢驗嗎?劍橋大學物理哲學家的傑裡米·巴特菲爾德有下面一些觀點分享給我們。毫無疑問在科學的歷史中,尤其是物理學,提供了無數的例證據在用數學語言的力量去描述自然現象方面。科學革命中的重要人物、現代科學之父伽利略,設想用數學語言描述了很多,也可能是全部現象。
  • 數學符號是怎麼產生的?細數常見的六種符號!
    相似符號「∽」是把拉丁字母S橫過來寫,而S是Similar(相似)的第一個字母。還有大量的符號是人們經過規定沿用下來的。當然這些符號並不是一開始就都是這種形狀,而是有一個演變過程的,這裡就不多講了。數學符號的產生,為數學科學的發展提供了有利的條件。
  • 形式主義——把數學化為關於有限符號排列的操作
    目的是通過形式化為柏拉圖主義數學建立穩固可靠的基礎。形式主義者主張使用符號推演代替語言,而符號的使用方法要按照約定的規則。但是,形式主義派與前面提到的唯名論、約定論在哲學觀點上並不一樣。對於形式主義者,數學是有其實質內容的,而且數學對象是可以客觀地存在的,形式化的方法不過是使數學推理嚴格化的手段。