数学的一般认识及现代数学观.ppt
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1、数学的一般认识及现代数学观现在学习的是第1页,共26页 教学目标:教学目标:1.1.了解数学的一般意义;了解数学的一般意义;2.2.了解数学的三个特点;了解数学的三个特点;3.3.了解数学的主要的三次危机了解数学的主要的三次危机.现在学习的是第2页,共26页第三章第三章 数学的一般认识及现代数学观数学的一般认识及现代数学观一、数学的一般认识一、数学的一般认识1.数学的概念:数学的概念:研究客观世界空间形式和数量关系的科学是数学。研究客观世界空间形式和数量关系的科学是数学。2、数学的归类、数学的归类 数学与其他许多学科不一样,它不是以某一类实物或某一种物质数学与其他许多学科不一样,它不是以某一类
2、实物或某一种物质运动形态作为研究对象,而是从各种事物中抽取出量的方面来加以研运动形态作为研究对象,而是从各种事物中抽取出量的方面来加以研究。究。M凯德洛夫曾作凯德洛夫曾作论科学分类论科学分类的报告,他把数学列在的报告,他把数学列在哲学哲学与自然科学之间与自然科学之间的位置上。这样的分类,曾使我国的数学家和哲学的位置上。这样的分类,曾使我国的数学家和哲学家受到启发。但是在我国的科学部门、教育部门,至今还是按照传统家受到启发。但是在我国的科学部门、教育部门,至今还是按照传统的看法,的看法,把数学算作自然科学的一个门类把数学算作自然科学的一个门类,与自然科学的其他学科与自然科学的其他学科如物理学、化
3、学、生物学等并列在一起。如物理学、化学、生物学等并列在一起。现在学习的是第3页,共26页 归于自然科学的数学归于自然科学的数学 从历史发展看,数学首先是和天文学、力学,以后又和物理学从历史发展看,数学首先是和天文学、力学,以后又和物理学等一起成长起来的,所以人们习以为常地把数学归在自然科学一类等一起成长起来的,所以人们习以为常地把数学归在自然科学一类。随着科学的发展和数学自身的发展,人们愈来愈清楚地看到随着科学的发展和数学自身的发展,人们愈来愈清楚地看到数学不能够数学不能够只被只被看作一门自然科学了,它对各门科学看作一门自然科学了,它对各门科学(包括自然科学包括自然科学和社会科学和社会科学)都
4、能起到方法论的作用都能起到方法论的作用。现在学习的是第4页,共26页 二、数学的特征二、数学的特征 作为一种科学理论的数学理论,当然也具有科学理论的各作为一种科学理论的数学理论,当然也具有科学理论的各种特点,但由于数学理论的特殊性,与其他科学理论相比较而种特点,但由于数学理论的特殊性,与其他科学理论相比较而言,它又具有以下三个主要的特征:言,它又具有以下三个主要的特征:1.抽象性抽象性(两个方面)(两个方面)数学理论作为一种认识形式,与其他学科相比,其最基本的特数学理论作为一种认识形式,与其他学科相比,其最基本的特点就是高度的抽象性。点就是高度的抽象性。当然,许多其他科学也具有抽象性。当然,许
5、多其他科学也具有抽象性。现在学习的是第5页,共26页 数学的抽象性更多地表现在以下两方面:数学的抽象性更多地表现在以下两方面:(1 1)舍弃事物的具体内容而抽取出量的关系。舍弃事物的具体内容而抽取出量的关系。正如恩格斯所形容:正如恩格斯所形容:“为了能够从纯粹的状态中研为了能够从纯粹的状态中研究这些形式和关系,必须使它们完全脱离自己的内容,究这些形式和关系,必须使它们完全脱离自己的内容,把内容作为无关重要的东西放在一边,这样,我们就得把内容作为无关重要的东西放在一边,这样,我们就得到没有长宽高的点、没有厚度和宽度的线、到没有长宽高的点、没有厚度和宽度的线、a a和和b b 与与x x和和y y
6、,即常数数;,即常数数;”数学的这种点、线以及其他形式和关系,不同于客观实在的点、线或现实的形式和关系,已是一种“思想事物思想事物”了,或者就象现代数学家所说的是一种抽象结构。现在学习的是第6页,共26页(2)数学运用特制的抽象符号语言。)数学运用特制的抽象符号语言。在数学定理中,从前提到结论,每一推理步骤都是用符号进行的,所得到的结论也是用数学公式来表达的。数学的抽象程度确实是高于其他自然科学,有人说数学具有高度抽象性或极端抽高度抽象性或极端抽象性象性是不过分的。现在学习的是第7页,共26页 2.精确性精确性(两个方面)(两个方面)精确性指的是数学具有逻辑的严密性和结论的确定性精确性指的是数
7、学具有逻辑的严密性和结论的确定性数学的精确性数学的精确性主要表现在两个方面:主要表现在两个方面:(1 1)逻辑上的可靠性)逻辑上的可靠性 在数学中,每一个公式、定理都要严格地从逻辑上加以证在数学中,每一个公式、定理都要严格地从逻辑上加以证明以后才能够确立,获得承认。明以后才能够确立,获得承认。数学的推理步骤严格地遵守形式逻辑诸法则,以保证从前数学的推理步骤严格地遵守形式逻辑诸法则,以保证从前提到结论的推导过程中,每一个步骤都是在逻辑上准确无误的提到结论的推导过程中,每一个步骤都是在逻辑上准确无误的。所以,运用数学方法从已知的关系推求未知关系时,所得到。所以,运用数学方法从已知的关系推求未知关系
8、时,所得到的结论就具有逻辑上的可靠性。的结论就具有逻辑上的可靠性。现在学习的是第8页,共26页数学的这一特征自古就有。数学的这一特征自古就有。正如爱因斯坦所说:正如爱因斯坦所说:“为什么数学比其他一切科学受到特殊尊为什么数学比其他一切科学受到特殊尊重,一个理由是它的命题是绝对可靠的和无可争辩的,而其他一重,一个理由是它的命题是绝对可靠的和无可争辩的,而其他一切科学的命题在某种程度上都是可争辩的,并且经常处于会被新切科学的命题在某种程度上都是可争辩的,并且经常处于会被新发现的事实推翻的危险之中;发现的事实推翻的危险之中;数学之所以有高声誉,还有数学之所以有高声誉,还有另一个理由,那就是数学给予精
9、密自然科学以某种程度的可靠另一个理由,那就是数学给予精密自然科学以某种程度的可靠性,没有数学,这些科学是达不到这种可靠性的。性,没有数学,这些科学是达不到这种可靠性的。”现在学习的是第9页,共26页(2)数学运用公理化方法)数学运用公理化方法 数学的逻辑严密性还表现在它的公理方法。每一个认识领数学的逻辑严密性还表现在它的公理方法。每一个认识领域,当经验知识积累到相当数量的时候,需要进行综合、整理域,当经验知识积累到相当数量的时候,需要进行综合、整理,使之条理化,形成概念和论理的系统。以实现认识从感性阶,使之条理化,形成概念和论理的系统。以实现认识从感性阶段到理性认识的阶段,从理性认识的初级水平
10、发展到更高级的段到理性认识的阶段,从理性认识的初级水平发展到更高级的水平,表现在一个理论系统发展到逻辑严密程度更高的公理化水平,表现在一个理论系统发展到逻辑严密程度更高的公理化体系。体系。现在学习的是第10页,共26页辩证地理解数学的精确性辩证地理解数学的精确性 在数学中不能处处都要求逻辑的严密性 微积分刚建立时,逻辑上是很不严密的,有明显的漏洞,然而其结论是正确的,并获得了惊人的有效应用。当然,在数学中,逻辑上的漏洞、矛盾是不允许的,因此数学家总要千方百计地解决或消除这些矛盾,经过很长时间和许多数学家的努力,终于给微积分建立了比较严密的理论基础。像微积分这样的事例在数学中还有很多,不过,逻辑
11、上的不严密只能是暂时的(虽然可能上百年、上千年),所以数学和其他的学科相比较,它还是以逻辑上的严格性而著称。小学数学中,对某些数学概念并不给出非常严格的定义,只是结合实例给出解释。现在学习的是第11页,共26页 3.应用的广泛性(两个方面)应用的广泛性(两个方面)数学应用的广泛性,体现在数学不但能应用于各门自然数学应用的广泛性,体现在数学不但能应用于各门自然科学,而且可以应用于社会科学;科学,而且可以应用于社会科学;不但应用于工程技术,农业生产,而且可以应用于国民不但应用于工程技术,农业生产,而且可以应用于国民经济和社会管理的各个领域。经济和社会管理的各个领域。(1)在数学中,各种的关系、变化
12、以及量之间,这种(些)变化与那种(些)量的变化之间的关系,都是用数学所特有的符号语言(包括图形、数字和各种符号)来表示的。在科学研究中,需要对这类巨大的或微小的数字进行计算,如果只靠日常用语是难以进行和表达的;自然界的或社会生活中的许多发展规律却可用微分方程来描述。在工程技术中、经济工作中,有些问题需要用若干个数量从整体上反映其数量关系,像电子网络系统,经济规划,商品产销关系等等都可用代数学中的矩阵来表示。随着数学语言愈来愈多地运用,许多科学家干脆就把数学称为“科学的语言”。而用数学语言描述出所要研究的问题,就构成一个数学问题,称为研究对象的数学模型。现在学习的是第12页,共26页(2)数学提
13、供有效的计算方法。一门科学从定性的描述进入到定数学提供有效的计算方法。一门科学从定性的描述进入到定量的分析和计算,是这门科学达到比较成熟阶段的重要标志。量的分析和计算,是这门科学达到比较成熟阶段的重要标志。在科学史上,力学,天文学、物理学都是由于将观测、实验与在科学史上,力学,天文学、物理学都是由于将观测、实验与数学方法相结合以后才迅速成长为数学方法相结合以后才迅速成长为“精密科学精密科学”的。近代、现代的的。近代、现代的许多学科都是通过大量运用数学方法而走向定量化、精确科学理许多学科都是通过大量运用数学方法而走向定量化、精确科学理论的一个重要特征就是具有预见性,而这种预见性一般是通过数论的一
14、个重要特征就是具有预见性,而这种预见性一般是通过数学方法来表现的一些准确的科学预言,就是依据科学理论进行数学方法来表现的一些准确的科学预言,就是依据科学理论进行数学的推导和计算而获得的理论结果。因此,当科学理论通过自己学的推导和计算而获得的理论结果。因此,当科学理论通过自己的预见性指导实践,同时又通过预言之能否实现和是否准确地实的预见性指导实践,同时又通过预言之能否实现和是否准确地实现来接受实践检验的时候,都是离不开数学计算的。现来接受实践检验的时候,都是离不开数学计算的。现在学习的是第13页,共26页(2)数学提供有效的计算方法。一门科学从定性的描述进入到定量的数学提供有效的计算方法。一门科
15、学从定性的描述进入到定量的分析和计算,是这门科学达到比较成熟阶段的重要标志。分析和计算,是这门科学达到比较成熟阶段的重要标志。在科学史上,力学,天文学、物理学都是由于将观测、实验与在科学史上,力学,天文学、物理学都是由于将观测、实验与数学方法相结合以后才迅速成长为数学方法相结合以后才迅速成长为“精密科学精密科学”的。近代、现代的。近代、现代的许多学科都是通过大量运用数学方法而走向定量化、精确科的许多学科都是通过大量运用数学方法而走向定量化、精确科学理论的一个重要特征就是具有预见性,而这种预见性一般是学理论的一个重要特征就是具有预见性,而这种预见性一般是通过数学方法来表现的一些准确的科学预言,就
16、是依据科学理通过数学方法来表现的一些准确的科学预言,就是依据科学理论进行数学的推导和计算而获得的理论结果。因此,当科学理论进行数学的推导和计算而获得的理论结果。因此,当科学理论通过自己的预见性指导实践,同时又通过预言之能否实现和论通过自己的预见性指导实践,同时又通过预言之能否实现和是否准确地实现来接受实践检验的时候,都是离不开数学计算是否准确地实现来接受实践检验的时候,都是离不开数学计算的。的。现在学习的是第14页,共26页三、数学的三次危机三、数学的三次危机 什么是数学危机?什么是数学危机?数学中有大大小小的许多矛盾,比如正与负、加法与减法、微分与数学中有大大小小的许多矛盾,比如正与负、加法
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