在這本引入入勝的科普經典中,著名英國數學家斯圖爾特用清晰流暢、幽默風趣的語言闡明了群、集合、子集、拓撲、布爾代數等新數學的基本概念,他認為理解這些概念是把握數學真正本質的好途徑。此外,作者還對函數、對稱、公理學、計數、拓撲學、超空間、線性代數、實分析、概率論、計算機、現代數學的應用等主題作了發(fā)人深省的討論。讀者無需任何高等數學背景,只需對代數、幾何和三角學略知一二,便可讀懂此書的大部分內容。讀罷此書,你會更清楚地理解現代數學家對圖形、函數和公式的看法,以及新數學的基本思想如何有助于領會數學的本質。
當讀者讀完這本書時,會對現代數學家如何看待數字、函數和公式有一個更清晰的理解,并懂得對新數學背后思想的牢固掌握將如何影響對數學本質的真正理解。
《現代數學的概念》一書始于1971年在華威大學開設的一門校外課程,今天我們會稱之為繼續(xù)教育?嘉拇沟膸资皇忻衩恐芏家墼谝黄饍蓚小時,學習當時英國所謂的現代數學和美國所謂的新數學,他們當中既有學生,又有退休的汽車工程師,不一而足。這種特殊風格的數學的新穎之處并不在于它的內容其大部分內容至少已有一個世紀的歷史而在于它是在學校里講授的。尼古拉·布爾巴基(Nicolas Bourbaki)一個以法國數學家為主的匿名團體在研究層面所推崇的抽象且一般的數學闡釋風格正在被引入課堂。
這項引人注目的教育實驗仍然存在爭議。許多人認為它是一場徹頭徹尾的災難。我個人認為,其支持者混淆了數學的本質這個邏輯問題和如何最好地講授數學這個心理學問題。這場運動既有很大的優(yōu)點(例如,它認真嘗試帶領學校的數學走出黑暗時代),也有一些嚴重的缺陷,比如包含了一些與普通學生感興趣的東西毫無關系的抽象概念。贊成引入新教學大綱的教育家與知道其中的內容有何實際益處的數學家之間幾乎沒有交流,這導致了一些奇怪的決定。
老師和家長們肯定覺得這些變化非常令人困惑,由此便有了這門課。其目的并不是講授新的學校數學,也不是討論引入它所涉及的問題,而是解釋為什么背后的抽象觀點會在數學研究者當中流行開來,考察它如何開啟了全新的數學思想領域。抽象數學如果講得好,可能深刻、強大、開拓眼界,如果講得不好,則可能膚淺、晦澀、單調乏味。這門課旨在揚長避短。
新數學不再是一個重要的教育議題。其超出限度的內容已從課程中消除,正面貢獻已被吸收。今天的議題已經有所不同計算器和計算機所起的作用;西方的孩子不斷涌人法律、會計、醫(yī)學、廣告等領域,從而對歐美的科學基礎造成損害;實踐技能與理論技能的平衡;微積分是否重要;等等。
盡管出現了所有這些變化,但《現代數學的概念》的核心主旨仍然和20多年前一樣有效。數學領域要比大多數人想象的豐富得多,它用途廣泛,功能強大,給人以樂趣。即使是其最無羈的幻想也有重要應用。最近,設菲爾德彈簧研究與制造協(xié)會的工程師萊恩·雷諾茲(Len Reynolds)使我明白了這一點。萊恩和我目前正在參與一個由貿易與工業(yè)部資助的聯(lián)合項目,要將現代數據分析技巧(混沌理論)應用于彈簧的質量控制。
不錯,是彈簧:床簧、汽車閥彈簧、卡車懸架,還有圓珠筆里的小彈簧。一根彈簧有什么混沌的?幾乎一切!特別是,如果把線圈的間距測量得足夠精確的話。金屬線的可變性表現為線圈間距的可變性,這可能給彈簧制造商帶來各種各樣的麻煩。但傳統(tǒng)的統(tǒng)計學無法查明導致問題的可變性有哪些類型,而旨在從看似隨機的數據序列中提取樣式的混沌理論卻能做到這一點。
伊恩·斯圖爾特(lan Stewart.1945-),英國數學家、科普和科幻作家,英國華威大學數學榮譽教授,因其大量優(yōu)秀的數學科普作品而享譽世界。著書 60 多種,包括《給年青數學人的信》《自然之數》《對稱的歷史》《如何切蛋糕》《上帝擲骰子嗎》,等等。
譯者簡介:
張卜天,中國科學技術大學物理學學士,北京大學科技哲學博士,清華大學科學史系教授,研究方向為西方中世紀和近代科學思想史。精通科學史與哲學史翻譯,譯有60余部著作。其譯文優(yōu)美流暢,廣受讀者好評。
第一章 數學概論
抽象性和一般性
直覺和形式主義
圖形
為什么?
第二章 沒有運動的運動
翻轉歐幾里得
反對運動的論證
對運動的修正
剛性
平移、旋轉、反射
回到那個定理
第三章 高等算術的捷徑
小規(guī)模的算術
同余
除法
兩條著名定理
第四章 集合的語言
空集
子集
并集和交集
補集
幾何學作為集合論
第五章 什么是函數?
關于公式
更一般的函數
函數的性質
總結
第六章 抽象代數初步
環(huán)和域
應用于幾何作圖
再談同余
一種引入復數的方法
第七章 對稱性:群的概念
群的概念
子群
同構
圖案分類
第八章 公理學
歐幾里得的公理
一致性
模型
為歐幾里得辯護
其他幾何學
第九章 計數:有限和無限
無限算術
大大小小的無限
超越數
第十章 拓撲學
拓撲等價性
一些不尋常的空間
毛球定理
第十一章 間接思考的力量
網絡
歐拉公式
非平面網絡
另一項應用
第十二章 拓撲不變量
歐拉公式的推廣
構造曲面
標準曲面的歐拉示性數
對曲面分類
對斷言A的證明
對斷言B的證明
曲面上的地圖著色
第十三章 代數拓撲
孔、路徑和圈
同倫
圓的基本群
射影平面
第十四章 進入多維空間
多胞形
四維圖
堆放截面
24維空間中的宇航員
歐拉公式的進一步推廣
更多代數拓撲
第十五章 線性代數
一個問題
一種幾何觀點
模式線索
矩陣
一種抽象表述
第十六章 實分析
無限求和
什么是極限?
完備性公理
連續(xù)性
證明分析中的定理
第十七章 概率論
組合概率
進入集合論
獨立性
悖謬的骰子
二項偏差
隨機游走
第十八章 計算機及其用途
二進制記數法
一臺滾珠計算機
計算機的結構
編寫程序
計算機的用途
第十九章 現代數學的應用
如何將利潤最大化
八重道
突變理論
第二十章 基礎
害群之馬(半黑的綿羊)
兩種補救措施
希爾伯特綱領
哥德爾數
對哥德爾定理的證明
不可判定性
尾聲
附錄 它仍在移動……
四色定理
多項式和質數
混沌
真實的數學
符號表
索引
作者簡介
譯后記