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数学模型的两个属性介绍,简约造就了数学之美

时间:2022-10-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:数学模型具有两个属性:一是合理性,二是简易性。震撼世界华人数学界的另一位数学天才是有中国血统的澳裔美国数学家陶哲轩,他于2006年8月22日在马德里举行的世界第25届数学大会上荣获了菲尔兹奖。陶哲轩之所以获得成功,是因为他喜欢数学,能够欣赏到数学中的美。

二、简约造就了数学之美

数学是重要的基础学科之一,它的研究对象是现实世界中的数量关系与空间形式。数与形两个观念是整个数学的两大柱石,数学在各个领域里的千变万化也是围绕这两个观念而进行的。

在整个数学发展的过程中,几乎每一个创新与发展都是与简约联系在一起的。例如,数学的应用总与数学模型分不开,而数学模型就是对现实世界中某一个实际问题的简约表达。数学模型通过数学建模来实现,它利用数学语言(如方程式、符号、图形等)把现实抽象、简化为某种数学结构。它们可以是数学方程式、数学定理、算法、图示。数学模型具有两个属性:一是合理性,二是简易性。很明显,如果不具备简约思维方法,没有抽象思维能力,要建立数学模型和研究高深的数学问题是十分困难的。

数学对于普通人和初学习者来说,似乎高不可攀,甚至是望而生畏的。有的学习者认为,数学都是符号,从公式到公式,从假设到证明,枯燥无味。这是因为他们对数学尚没有产生兴趣,没有掌握学习数学的规律,特别是抽象的思维能力与简约思维方法。如果具备了这些条件,不仅不会觉得数学枯燥无味,反而可以欣赏到数学之美。

丘成桐先生是迄今世界华人数学界第一位大师,他27岁时攻克了世界数学难题卡拉比猜想,荣获了1982年菲尔兹数学奖。此外,他还是美国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、中国科学院外籍院士,是美国国家科学奖获得者。他是哈佛大学终身教授,除了担任该校的教学与研究任务外,他还热心推动中国数学的发展,先后在中国科学院、香港中文大学、台湾大学和浙江大学成立了多个数学研究中心,培养数学人才。他精力无比充沛,经常往返于北京、中国香港、中国台湾和美国之间,主持各种学术会议。

他的力量和智慧从何而来呢?丘先生说:“充沛的精力来源于对数学的热爱和兴趣。搞学问没有激情,就永远达不到做大学问的地步。”[7]谈到数学的特征,他言简意赅地说:“数学之美在于简约严谨,应用一些简单的数学定理把大自然万物的关系描述出来。我想物理学家和工程师也可以体会到数学的美。比如,电脑的各种各样的问题都可以用数学来解释,以简驭繁,这是一种很美好的感觉。”正是由于他对数学有了这种感悟,所以他在享受数学之美的同时,也就把数学融进了自己的生命。

震撼世界华人数学界的另一位数学天才是有中国血统的澳裔美国数学家陶哲轩,他于2006年8月22日在马德里举行的世界第25届数学大会上荣获了菲尔兹奖。他被称为是“玩”出来的数学奇才,从2岁开始玩数学,4岁上小学,7岁上中学,9岁就在大学注册了数学课程,14岁研究数学前沿问题,16岁大学毕业,21岁获得普林斯顿大学博士学位,24岁被聘为加州大学洛杉矶分校全职教授,31岁获得菲尔兹奖。这的确是一个天才的足迹,是兴趣造就了这位天才。

陶哲轩之所以获得成功,是因为他喜欢数学,能够欣赏到数学中的美。用他的话来说:“我喜欢玩问题,我能够欣赏到数学背后的意义与目的,以及如何与真实世界直接相连。事实上,对于解决难题和抽象层面,我更倾心于数学的深层意义。”[8]像陶哲轩这样的数学奇才虽然是不可多得的,但是如果学习与研究数学的人能够有这样“玩”问题的治学态度并掌握简约思维方法,那么也是可以获得成功的。

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