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数学发展的内力源于雄厚的基础

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:数学发展的自身基础是什么?

社会实践,科学技术实践显然是数学发展的基础.

数学发展的自身基础是什么? 自古以来,数学就走上了抽象化、形式化的道路. 这条道路就是数学发展的康庄大道.

在数学发展的早期,数学的概念就是很抽象的,就与任何特殊事物脱离了联系. 但这时,它们仍有直观背景,是从经验中抽象出来的,是现实事物的观念化和理想化. 而数学的概念和理论仍具有物理意义,即所谓乡土气息,数学的形式与内容结合得比较紧的,然而,随着数学的发展和数学严密性要求的提高,以及形式化程度的提高,数学概念与现实的联系越来越少,乃至于无影无踪. 数学概念就是数学语言,变成了词项或符号的叙述,数学理论变成为形式系统. 于是数学只剩下形式的表象,它的内容以逻辑结构的形式而独立存在,这是数学发展的需要,也是数学发展的必然结果.

数学的抽象形式有两种: 第一,理想化. 例如,欧几里得建立的几何体系. 它的基本对象和公理来自现实,来自经验,点、线、面是现实中的理想物,点无大小,线无粗细,面无厚薄,在现实中是不存在的,欧几里得以公理为红线,把基本对象构成的几何知识与逻辑联系起来,建立了一门独立的演绎的几何学. 这不仅是人脑对经验的加工,更是人类精神的创造活动. 不仅如此,欧几里得给出的几何空间,也是现实空间的理想化.

17世纪,牛顿、莱布尼兹创立的微积分,其基本概念是连续、导数、积分等,实际上也是现实原型的理想化. 数学的概念与现实中的原型已经有了质的差别. 这种差别表现在,经过理想化的数学概念已经独立于现实原型,并超越了经验因素,是精确的、清晰的、完善的; 而从数学角度看,现实的原型则是粗糙的、不完善的,不便于数学处理.

第二,从抽象到抽象,或者说更高的抽象.

理想化是数学抽象的初级形式,在欧氏几何中,点、线、面是已经定义过的,是一次抽象. 解析几何创立以后,人们用数组和方程来表示它们,把x,(x,y),(x,y,z)看作基本对象,抛弃几何对象的独立特征,说x为直线上点; (x,y)是平面上的点, (x,y,z)是空间中的点. 一次方程: L=ax+by+c=0表示一条直线,一次方程: L=ax+by+cx+d=0表示一个二维平面,d=表示平面上两点间的距离,而d=空间中两点距离;还可定义平面上两直线的交点和空间中有三个平面的交点,等等. 这显然是点、线、面的第二次抽象.

有了二维平面和三维空间的解析观念之后,引入四维空间,甚至n维空间就很自然了,但这又是一次抽象. 所以说从抽象到抽象是更高的抽象,是抽象的高级形式. 用抽象的高级形式所建立的数学概念或理论,在现实生活中是难以找到原型的. 采用从抽象到抽象的形式,在非欧几何、n维空间、群论以及许多其他数学理论的创立中,是十分明显的.

数学形式化的重要推手,是数学使用了符号和逻辑演绎. 数学之所以能迅速发展并如此有效,是数学符号和演绎推理为表达数学思想提供了方便的手段,是数学有力的常规武器.

以符号逻辑演绎为外衣的形式化、抽象化,使数学成为严谨的知识体系. 数学理论的逻辑结构能突出地表现出来,为人们探索和确定未知的数学形式提供类比的基础,得到借鉴和启发.

数学的形式化和抽象化是数学理论内部发展的需要和结果,数学家根据数学自身发展的需要,在已有形式的基础上加以改造或推广,得到更一般的形式,无疑是伟大的创造.

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