Любой математический знак: Математические знаки ≈ ∑ ⇒ ∈ ≤ ∞

Содержание

Прошлое и будущее / Блог компании Wolfram Research / Хабр

Перевод поста Стивена Вольфрама (Stephen Wolfram) «Mathematical Notation: Past and Future (2000)».
Выражаю огромную благодарность Кириллу Гузенко KirillGuzenko за помощь в переводе и подготовке публикации


Содержание


Резюме
Введение
История
Компьютеры
Будущее
Примечания
— Эмпирические законы для математических обозначений
— Печатные обозначения против экранных
— Письменные обозначения
— Шрифты и символы
— Поиск математических формул
— Невизуальные обозначения
— Доказательства
— Отбор символов
— Частотное распределение символов
— Части речи в математической нотации
Стенограмма речи, представленной на секции «MathML и математика в сети» первой Международной Конференции MathML в 2000-м году.

Большинство математических обозначений существуют уже более пятисот лет. Я рассмотрю, как они разрабатывались, что было в античные и средневековые времена, какие обозначения вводили Лейбниц, Эйлер, Пеано и другие, как они получили распространение в 19 и 20 веках.
Будет рассмотрен вопрос о схожести математических обозначений с тем, что объединяет обычные человеческие языки. Я расскажу об основных принципах, которые были обнаружены для обычных человеческих языков, какие из них применяются в математических обозначениях и какие нет.

Согласно историческим тенденциям, математическая нотация, как и естественный язык, могла бы оказаться невероятно сложной для понимания компьютером. Но за последние пять лет мы внедрили в Mathematica возможности к пониманию чего-то очень близкого к стандартной математической нотации. Я расскажу о ключевых идеях, которые сделали это возможным, а также о тех особенностях в математических обозначениях, которые мы попутно обнаружили.

Большие математические выражения — в отличии от фрагментов обычного текста — часто представляют собой результаты вычислений и создаются автоматически. Я расскажу об обработке подобных выражений и о том, что мы предприняли для того, чтобы сделать их более понятными для людей.

Традиционная математическая нотация представляет математические объекты, а не математические процессы. Я расскажу о попытках разработать нотацию для алгоритмов, об опыте реализации этого в APL, Mathematica, в программах для автоматических доказательств и других системах.

Обычный язык состоит их строк текста; математическая нотация часто также содержит двумерные структуры. Будет обсуждён вопрос о применении в математической нотации более общих структур и как они соотносятся с пределом познавательных возможностей людей.

Сфера приложения конкретного естественного языка обычно ограничивает сферу мышления тех, кто его использует. Я рассмотрю то, как традиционная математическая нотация ограничивает возможности математики, а также то, на что могут быть похожи обобщения математики.



Когда собиралась эта конференция, люди подумали, что было бы здорово пригласить кого-то для выступления с речью об основаниях и общих принципах математической нотации. И был очевидный кандидат — Флориан Каджори — автор классической книги под названием «История математических обозначений». Но после небольшого расследования оказалось, что есть техническая проблема в приглашении доктора Каджори — он умер как минимум лет семьдесят назад.

Так что мне придётся его заменять.

Полагаю, других вариантов особо-то и не было. Поскольку оказывается, что нет почти никого, кто жив на данный момент и кто занимался фундаментальными исследованиями математической нотации.

В прошлом математической нотацией занимались обычно в контексте систематизации математики. Так, Лейбниц и некоторые другие люди интересовались подобными вещами в середине 17 века. Бэббидж написал тяжеловесный труд по этой теме в 1821 году. И на рубеже 19 и 20 веков, в период серьёзного развития абстрактной алгебры и математической логики, происходит очередной всплеск интереса и деятельности в этой теме. Но после этого не было почти ничего.

Однако не особо удивительно, что я стал интересоваться подобными вещами. Потому что с Mathematica одной из моих главных целей было сделать ещё один большой шаг в области систематизации математики. А более общей моей целью в отношении Mathematica было распространить вычислительную мощь на все виды технической и математической работы. Эта задача имеет две части: то, как вычисления происходят внутри, и то, как люди направляют эти вычисления для получения того, что они хотят.

Одно из самых больших достижений Mathematica, о котором, вероятно, большинство из вас знает, заключается в сочетании высокой общности вычислений изнутри и сохранении практичности, основанной на преобразованиях символьных выражений, где символьные выражения могут представлять данные, графику, документы, формулы — да что угодно.

Однако недостаточно просто проводить вычисления. Необходимо так же, чтобы люди каким-то образом сообщали Mathematica о том, какие вычисления они хотят произвести. И основной способ дать людям взаимодействовать с чем-то столь сложным — использовать что-то вроде языка.

Обычно языки появляются в ходе некоторого поэтапного исторического процесса. Но компьютерные языки в историческом плане сильно отличаются.

Многие были созданы практически полностью разом, зачастую одним человеком.

Так что включает в себя эта работа?

Ну, вот в чём заключалась для меня эта работа в отношении Mathematica: я попробовал представить, какие вообще вычисления люди будут производить, какие фрагменты в этой вычислительной работе повторяются снова и снова. А затем, собственно, я дал имена этим фрагментам и внедрил в качестве встроенных функций в Mathematica.

В основном мы отталкивались от английского языка, так как имена этих фрагментов основаны на простых английских словах. То есть это значит, что человек, который просто знает английский, уже сможет кое-что понять из написанного в Mathematica.

Однако, разумеется, язык Mathematica — не английский. Это скорее сильно адаптированный фрагмент английского языка, оптимизированный для передачи информации о вычислениях в

Mathematica.

Можно было бы думать, что, пожалуй, было бы неплохо объясняться с Mathematica на обычном английском языке. В конце концов, мы уже знаем английский язык, так что нам было бы необязательно изучать что-то новое, чтобы объясняться с Mathematica.

Однако я считаю, что есть весьма весомые причины того, почему лучше думать на языке Mathematica, чем на английском, когда мы размышляем о разного рода вычислениях, которые производит Mathematica.

Однако мы так же знаем, заставить компьютер полностью понимать естественный язык — задача крайне сложная.

Хорошо, так что насчёт математической нотации?

Большинство людей, которые работают в Mathematica, знакомы по крайней мере с некоторыми математическими обозначениями, так что, казалось бы, было бы весьма удобно объясняться с

Mathematica в рамках привычной математической нотации.

Но можно было бы подумать, что это не будет работать. Можно было бы подумать, что ситуация выльется в нечто, напоминающее ситуацию с естественными языками.

Однако есть один удивительный факт — он весьма удивил меня. В отличие от естественных человеческих языков, для обычной математической нотации можно сделать очень хорошее приближение, которое компьютер сможет понимать. Это одна из самых серьёзных вещей, которую мы разработали для третьей версии Mathematica в 1997 году [текущая версия Wolfram Mathematica — 10.4.1 — вышла в апреле 2016 г. — прим. ред.]. И как минимум некоторая часть того, что у нас получилось, вошла в спецификацию MathML.

Сегодня я хочу поговорить о некоторых общих принципах в математической нотации, которые мне довелось обнаружить, и то, что это означает в контексте сегодняшних дней и будущего.

В действительности, это не математическая проблема. Это куда ближе к лингвистике. Речь не о том, какой бы могла быть математическая нотация, а о том, какова используемая математическая нотация в действительности — как она развивалась в ходе истории и как связана с ограничениями человеческого познания.

Я думаю, математическая нотация — весьма интересное поле исследования для лингвистики.

Как можно было заметить, лингвистика в основном изучала разговорные языки. Даже пунктуация осталась практически без внимания. И, насколько мне известно, никаких серьёзных исследований математической нотации с точки зрения лингвистики никогда не проводилось.

Обычно в лингвистике выделяют несколько направлений. В одном занимаются вопросами исторических изменений в языках. В другом изучается то, как влияет изучение языка на отдельных людей. В третьем создаются эмпирические модели каких-то языковых структур.


Давайте сперва поговорим об истории.

Откуда произошли все те математические обозначения, которые мы в настоящее время используем?

Это тесно связано с историей самой математики, так что нам придётся коснуться немного этого вопроса. Часто можно услышать мнение, что сегодняшняя математика есть единственная мыслимая её реализация. То, какими бы могли быть произвольные абстрактные построения.

И за последние девять лет, что я занимался одним большим научным проектом, я ясно понял, что такой взгляд на математику не является верным. Математика в том виде, в котором она используется — это учение не о произвольных абстрактных системах. Это учение о конкретной абстрактной системе, которая исторически возникла в математике. И если заглянуть в прошлое, то можно увидеть, что есть три основные направления, из которых появилась математика в том виде, в котором мы сейчас её знаем — это

арифметика, геометрия и логика.

Все эти традиции довольно стары. Арифметика берёт своё начало со времён древнего Вавилона. Возможно, и геометрия тоже приходит из тех времён, но точно уже была известна в древнем Египте. Логика приходит из древней Греции.

И мы можем наблюдать, что развитие математической нотации — языка математики — сильно связано с этими направлениями, особенно с арифметикой и логикой.

Следует понимать, что все три направления появлялись в различных сферах человеческого бытия, и это сильно повлияло на используемые в них обозначения.

Арифметика, вероятно, возникла из нужд торговли, для таких вещей, как, к примеру, счёт денег, а затем арифметику подхватили астрология и астрономия. Геометрия, по всей видимости, возникла из землемерческих и подобных задач. А логика, как известно, родилась из попытки систематизировать аргументы, приведённые на естественном языке.

Примечательно, кстати, что другая, очень старая область знаний, о которой я упомяну позднее — грамматика — по сути никогда не интегрировалась с математикой, по крайней мере до совсем недавнего времени.

Итак, давайте поговорим о ранних традициях в обозначениях в математике.

Во-первых, есть арифметика. И самая базовая вещь для арифметики — числа. Так какие обозначения использовались для чисел?

Что ж, первое представление чисел, о котором доподлинно известно — высечки на костях, сделанные 25 тысяч лет назад. Это была

унарная система: чтобы представить число 7, нужно было сделать 7 высечек, ну и так далее.

Конечно, мы не можем точно знать, что именно это представление чисел было самым первым. Я имею ввиду, что мы могли и не найти свидетельств каких-то других, более ранних представлений чисел. Однако, если кто-то в те времена изобрёл какое-то необычное представление для чисел, и разместил их, к примеру, в наскальной живописи, то мы можем никогда и не узнать, что это было представление чисел — мы можем воспринимать это просто как какие-то фрагменты украшений.

Таким образом, числа можно представлять в унарной форме. И такое впечатление, что эта идея возрождалась множество раз и в различных частях света.

Но если посмотреть на то, что произошло помимо этого, то можно обнаружить довольно много различий. Это немного напоминает то, как различные виды конструкций для предложений, глаголов и прочее реализованы в различных естественных языках.

И, фактически, один из самых важных вопросов относительно чисел, который, как я полагаю, будет всплывать ещё много раз — насколько сильным должно быть соответствие между обычным естественным языком и языком математики?

Или вот вопрос: он связан с позиционной нотацией и повторным использованием цифр.

Как можно заметить, в естественных языках обычно есть такие слова, как «десять«, «сто«, «тысяча«, «миллион» и так далее. Однако в математике мы можем представить десять как «один нуль» (10), сто как «один нуль нуль» (100), тысячу как «один нуль нуль нуль» (1000) и так далее. Мы можем повторно использовать эту одну цифру и получать что-то новое, в зависимости от того, где в числе она будет появляться.

Что ж, это сложная идея, и людям потребовались тысячи лет, чтобы её действительно принять и осознать. А их неспособность принять её ранее имела большие последствия в используемых ими обозначениях как для чисел, так и для других вещей.

Как это часто бывает в истории, верные идеи появляются очень рано и долгое время остаются в забвении. Более пяти тысяч лет назад вавилоняне, и возможно даже до них ещё и шумеры разработали идею о позиционном представлении чисел. Их система счисления была шестидесятеричная, а не десятичная, как у нас. От них мы унаследовали представление секунд, минут и часов в существующей ныне форме. Но у них была идея использования одних и тех же цифр для обозначения множителей различных степеней шестидесяти.

Вот пример их обозначений.

Из этой картинки можно понять, почему археология столь трудна. Это очень маленький кусок обожжённой глины. Было найдено около полумиллиона подобных вавилонских табличек. И примерно одна из тысячи — то есть всего около 400 — содержат какие-то математические записи. Что, кстати, выше отношения математических текстов к обычным в современном интернете. Вообще, пока MathML не получил достаточного распространения, это является достаточно сложным вопросом.

Но, в любом случае, маленькие обозначения на этой табличке выглядят слегка похожими на отпечатки лапок крошечных птиц. Но почти 50 лет назад в конце концов исследователи определили, что эта клинописная табличка времён Хаммурапи — около 1750 года до н.э. — фактически является таблицей того, что мы сейчас называем пифагорейскими тройками.

Что ж, эти вавилонские знания были утеряны для человечества почти на 3000 лет. И вместо этого использовались схемы, основанные на естественных языках, с отдельными символами для десяти, ста и так далее.

Так, к примеру, у египтян для обозначения тысячи использовался символ цветка лотоса, для сотни тысяч — птица, ну и так далее. Каждая степень десяти для её обозначения имела отдельный символ.

А затем появилась другая очень важная идея, до которой не додумались ни вавилоняне, ни египтяне. Она заключалась в обозначении чисел цифрами — то есть не обозначать число семь семью единицами чего-то, а лишь одним символом.

Однако, у греков, возможно, как и у финикийцев ранее, эта идея уже была. Ну, на самом деле, она была несколько отличной. Она заключалась в том, чтобы обозначать последовательность чисел через последовательность букв в их алфавите. То есть альфе соответствовала единица, бете — двойка и так далее.

Вот как выглядит список чисел в греческом обозначении [вы можете скачать Wolfram Language Package, позволяющий представить числа в различных древних нотациях здесь — прим. ред.].

(Думаю, именно так сисадмины из Академии Платона адаптировали бы свою версию Mathematica; их воображаемую -600-ю (или около того) версию Mathematica.)

С этой системой счисления сопряжено множество проблем. Например, есть серьёзная проблема управления версиями: даже если вы решаете удалить какие-то буквы из своего алфавита, то вы должны оставить их в числах, иначе все ваши ранее записанные числа будут некорректными.

То есть это значит, что есть различные устаревшие греческие буквы, оставшиеся в системе счисления — как коппа для обозначения числа 90 и сампи для обозначения числа 900. Однако я включил их в набор символов для Mathematica, потому здесь прекрасно работает греческая форма записи чисел.

Спустя некоторое время римляне разработали свою форму записи чисел, с которой мы хорошо знакомы.

Пускай сейчас и не совсем ясно, что их цифры изначально задумывались как буквы, однако об этом следует помнить.

Итак, давайте попробуем римскую форму записи чисел.

Это тоже довольно неудобный способ записи, особенно для больших чисел.

Тут есть несколько интересных моментов. К примеру, длина представляемого числа рекурсивно возрастает с размером числа.

И в целом, подобное представление для больших чисел полно неприятных моментов. К примеру, когда Архимед писал свою работу о количестве песчинок, объём которых эквивалентен объёму вселенной (Архимед оценил их количество в 1051, однако, полагаю, правильный ответ будет около 1090), то он использовал обычные слова вместо обозначений, чтобы описать столь большое число.

Но на самом деле есть более серьёзная понятийная проблема с идеей о представлении цифр как букв: становится трудно придумать представление символьных переменных — каких-то символьных объектов, за которыми стоят числа. Потому что любую букву, которую можно было бы использовать для этого символьного объекта, можно будет спутать с цифрой или фрагментом числа.

Общая идея о символьном обозначении каких-то объектов через буквы известна довольно давно. Евклид, по сути, использовал эту идею в своих трудах по геометрии.

К сожалению, не сохранилось оригиналов работ Евклида. Однако имеются на несколько сот лет более молодые версии его работ. Вот одна, написанная на греческом языке.

И на этих геометрических фигурах можно увидеть точки, которые имеют символьное представление в виде греческих букв. И в описании теорем есть множество моментов, в которых точки, линии и углы имеют символьное представление в виде букв. Так что идея о символьном представлении каких-то объектов в виде букв берёт своё начало как минимум от Евклида.

Однако эта идея могла появиться и раньше. Если бы я умел читать на вавилонском, я бы, вероятно, смог бы сказать вам точно. Вот вавилонская табличка, в которой представляется квадратный корень из двух, и которая использует вавилонские буквы для обозначений.

Полагаю, обожжённая глина более долговечна, чем папирус, и получается, что мы знаем о том, что писали вавилоняне больше, чем о том, что писали люди вроде Евклида.

Вообще, эта неспособность увидеть возможность вводить имена для числовых переменных есть интересный случай, когда языки или обозначения ограничивают наше мышление. Это то, что несомненно обсуждается в обычной лингвистике. В наиболее распространённой формулировке эта идея звучит как гипотеза Сепира-Уорфа (гипотеза лингвистической относительности).

Разумеется, для тех из нас, кто потратил некоторую часть своей жизни на разработку компьютерных языков, эта идея представляется очень важной. То есть я точно знаю, что если я буду думать на языке Mathematica, то многие концепции будут достаточно просты для моего понимания, и они будут совсем не такими простыми, если я буду думать на каком-то другом языке.

Но, в любом случае, без переменных всё было бы гораздо сложнее. Например, как вы представите многочлен?

Ну, Диофант — тот самый, что придумал диофантовы уравнения — сталкивался с проблемой представления многочленов в середине 2 века н.э. В итоге он пришёл к использованию определённых основанных на буквах имён для квадратов, кубов и прочего. Вот как это работало.

По крайней мере сейчас нам показалось бы чрезвычайно трудным понять обозначения Диофанта для полиномов. Это пример не очень хороших обозначений. Полагаю, главная причина, помимо ограниченной расширяемости, состоит в том, что эти обозначения делают математические связи между полиномами неочевидными и не выделяют наиболее интересные нам моменты.

Есть и другие схемы задания полиномов без переменных, как, например, китайская схема, которая включала создание двухмерного массива коэффициентов.

Проблема здесь, опять-таки, в расширяемости. И эта проблема с основанными на графике обозначениями всплывает снова и снова: лист бумаги, папирус или что бы то ни было — они все ограничены двумя измерениями.

Хорошо, так что насчёт буквенного обозначения переменных?

Полагаю, что они могли бы появиться лишь после появления чего-то похожего на нашу современную нотацию. И она до определённого времени не появлялась. Были какие-то намёки в индо-арабских обозначениях в середине первого тысячелетия, однако установилось всё лишь к его концу. А на запад эта идея пришла лишь с работой Фибоначчи о вычислениях в 13 веке.

Фибоначчи, разумеется, был тем самым, кто говорил о числах Фибоначчи применительно к задаче о кроликах, однако в действительности эти числа известны были уже более тысячи лет, и служили они для описания форм индийской поэзии. И я всегда находил случай с числами Фибоначчи удивительным и отрезвляющим эпизодом в истории математики: возникнув на заре западной математики, столь привычные и фундаментальные, они начали становиться популярными лишь в 80-е.

В любом случае, также интересно заметить, что идея разбивки цифр в группы по три, чтобы сделать большие числа более читаемыми, имеется уже в книге Фибоначчи 1202 года, хотя я думаю, что он говорил об использовании скобок над числами, а не о разделяющих запятых.

После Фибоначчи наше современное представление для чисел постепенно становится всё популярнее, и ко времени начала книгопечатания в 15 веке оно уже было универсальным, хотя ещё и оставались несколько чудных моментов.

Но алгебраических переменных в полном их смысле тогда ещё не было. Они появились лишь после Виета в конце 16 века и обрели популярность лишь в 17 веке. То есть у Коперника и его современников их ещё не было. Как в основном и у Кеплера. Эти учёные для описания каких-то математических концепций использовали обычный текст, иногда структурированный как у Евклида.

Кстати, даже несмотря на то, что математическая нотация в те времена была не очень хорошо проработана, системы символьных обозначений в алхимии, астрологии и музыке были довольно развиты. Так, к примеру, Кеплер в начале 17 века использовал нечто, похожее на современную музыкальную нотацию, объясняя свою «музыку сфер» для отношений планетарных орбит.

Со времён Виета буквенные обозначения для переменных стали привычным делом. Обычно, кстати, он использовал гласные для неизвестных и согласные — для известных.

Вот как Виет записывал многочлены в форме, которую он называл «zetetics«, а сейчас мы бы это назвали просто символьной алгеброй:

Можно увидеть, что он использует слова для обозначения операций, в основном так, чтобы их нельзя было спутать с переменными.

Так как раньше представляли операции, в каком виде?

Идея о том, что операции есть нечто, что можно в какой-то форме представить, добиралась до умов людей довольно долго. Вавилоняне обычно не использовали символы для операций — для сложения они просто записывали слагаемые друг за другом. И в целом они были предрасположены записывать всё в виде таблиц, так что им не требовалось как-то обозначать операции.

У египтян были некоторые обозначения для операций: для сложения они использовали пару идущих вперёд ног, а для вычитания — идущих назад.

А современный знак +, который, вероятно, является сокращением от «et» на латыни (означает «и»), появился лишь в конце 15 века.

А вот кое-что из 1579 года, что выглядит весьма современным, написанное в основном на английском, пока не начнёшь понимать, что те забавные загогулины — это не иксы, а специальные небуквенные символы, которые представляют различные степени для переменных.

В первой половине 17 века произошла своего рода революция в математической нотации, после которой она практически обрела свой современный вид. Было создано современное обозначение квадратного корня, который ранее обозначался как Rx — это обозначение сейчас используется в медицинских рецептах. И в основном алгебраическая нотация приобрела свой современный вид.

Уильям Отред был одним из тех людей, кто серьёзно занимался этим вопросом. Изобретение логарифмической линейки — одна из вещей, которая сделала его известным. На самом деле о нём практически ничего неизвестно. Он не был крупным математиком, однако сделал много полезного в области преподавания, с такими людьми, как Кристофер Рен и его учениками. Странно, что я ничего не слышал о нём в школе, особенно если учесть, что мы учились в одной и той же школе, только он на 400 лет ранее. Однако изобретение логарифмической линейки было недостаточным для того, чтобы увековечить своё имя в истории математики.

Но, в любом случае, он серьёзно занимался нотацией. Он придумал обозначать умножение крестиком, и он продвинул идею о представлении алгебры посредством обозначений вместо слов — так, как это делал Виет. И, фактически, он изобрёл довольно много других обозначений, подобно тильде для таких предикатов, как IntegerQ.

После Отреда и его сотоварищей эти обозначения быстро установились. Были и альтернативные обозначения, как изображения убывающей и растущей лун для обозначения арифметических операций — прекрасный пример плохого и нерасширяемого дизайна. Однако в основном использовались современные обозначения.

Вот пример.

Это фрагмент рукописи Ньютона Principia, из которой ясно, что он в основном использовал современные алгебраические обозначения. Думаю, именно Ньютон придумал использовать отрицательные степени вместо дробей для обратных величин и прочего. Principia содержит весьма мало обозначений, за исключением этих алгебраических вещей и представления разного материала в стиле Евклида. И в действительности Ньютон не особо интересовался обозначениями. Он даже хотел использовать точечные обозначения для своих флюксий.

Чего не скажешь о Лейбнице. Лейбниц много внимания уделял вопросам нотации. В действительности, он считал, что правильные обозначения есть ключ ко многим человеческим вопросам. Он был своего рода дипломат-аналитик, курсирующий между различными странами, со всеми их различными языками, и т.д. У него была идея, что если создать некий универсальный логический язык, то тогда все люди смогли бы понимать друг друга и имели бы возможность объяснить всё что угодно.

Были и другие люди, которые размышляли о подобном, преимущественно с позиции обычных естественных языков и логики. Один из примеров — довольно специфичный персонаж по имени Раймонд Лул, живший в 14 веке, который заявлял, что изобрёл некие логические колёса, дающие ответы на все вопросы мира.

Но так или иначе, Лейбниц разработал те вещи, которые были интересны и с позиций математики. То, что он хотел сделать, должно было так или иначе объединить все виды обозначений в математике в некоторый точный естественный язык с подобным математике способом описания и решения различных проблем, или даже больше — объединить ещё и все используемые естественные языки.

Ну, как и многие другие свои проекты, Лейбниц так и не воплотил это в жизнь. Однако он занимался самыми разными направлениями математики и серьёзно относился к разработке обозначений для них. Наиболее известные его обозначения были введены им в 1675 году. Для обозначения интегралов он использовал «omn.«, возможно, как сокращение от omnium. Но в пятницу 29 октября 1675 года он написал следующее.

На этом фрагменте бумаги можно увидеть знак интеграла. Он задумывал его как вытянутую S. Несомненно, это и есть современное обозначение интеграла. Ну, между обозначениями интегралов тогда и сейчас почти нет никакой разницы.

Затем в четверг 11 ноября того же года он обозначил дифференциал как «d«. На самом деле, Лейбниц считал это обозначение не самым лучшим и планировал придумать ему какую-нибудь замену. Но, как мы все знаем, этого не произошло.

Что ж, Лейбниц вёл переписку касательно обозначений с самыми разными людьми. Он видел себя кем-то вроде председателя комитета стандартов математических обозначений — так бы мы сказали сейчас. Он считал, что обозначения должны быть максимально краткими. К примеру, Лейбниц говорил: «Зачем использовать две точки для обозначения деления, когда можно использовать лишь одну?«.

Некоторые из продвигаемых им идей так и не получили распространения. К примеру, используя буквы для обозначения переменных, он использовал астрономические знаки для обозначения выражений. Довольно интересная идея, на самом деле.

Так он обозначал функции.

Помимо этих моментов и некоторых исключений наподобие символа пересечения квадратов, который Лейбниц использовал для обозначения равенства, его обозначения практически неизменными дошли до наших дней.

В 18 веке Эйлер активно пользовался обозначениями. Однако, по сути, он следовал по пути Лейбница. Полагаю, он был первым, кто всерьёз начал использовать греческие буквы наравне с латинскими для обозначения переменных.

Есть и некоторые другие обозначения, которые появились вскоре после Лейбница. Следующий пример из книги, вышедшей через несколько лет после смерти Ньютона. Это учебник алгебры, и он содержит весьма традиционные алгебраические обозначения, уже в печатном виде.

А вот книга Лопиталя, напечатанная примерно в то же время, в которой уже практически современная алгебраическая нотация.

И, наконец, вот пример от Эйлера, содержащий весьма современные обозначения для интегралов и прочего.

Эйлер — популяризировал современное обозначение для числа пи, которое первоначально было предложено Уильямом Джонсом, который рассматривал его как сокращение от слова периметр.

Предложенная Лейбницем и сотоварищами нотация довольно долго оставалась неизменной. Происходили небольшие изменения, как, к примеру квадрат x x получил написание x2. Однако практически ничего нового не появилось.

Однако в конце 19 века наблюдается новый всплеск интереса к математической нотации, сопряжённый с развитием математической логики. Были некоторые нововведения, сделанные физиками, такими как Максвелл и Гиббс, в основном для векторов и векторного анализа, как следствие развития абстрактной алгебры. Однако наиболее значимые изменения были сделаны людьми, начиная с Фреге и приблизительно с 1879 года, которые занимались математической логикой.

Эти люди в своих устремлениях были близки к Лейбницу. Они хотели разработать нотацию, которая представляла бы не только математические формулы, но и математические выводы и доказательства. В середине 19 века Буль показал, что основы логики высказываний можно представлять в терминах математики. Однако Фреге и его единомышленники хотели пойти дальше и представить так как логику высказываний, так и любые математические суждения в соответствующих математических терминах и обозначениях.

Фреге решил, что для решения этой задачи потребуются графические обозначения. Вот фрагмент его так называемой «концептуальной нотации«.

К сожалению, в ней трудно разобраться. И в действительности, если посмотреть на историю обозначений в целом, то часто можно встретить попытки изобретения графических обозначений, которые оказывались трудными для понимания. Но в любом случае, обозначения Фреге уж точно не стали популярными.

Потом был Пеано, самый главный энтузиаст в области математической нотации. Он делал ставку на линейное представление обозначений. Вот пример:

Вообще говоря, в 80-х годах 19 века Пеано разработал то, что очень близко к обозначениям, которые используются в большинстве современных теоретико-множественных концепций.

Однако, как и Лейбниц, Пеано не желал останавливаться лишь на универсальной нотации для математики. Он хотел разработать универсальный язык для всего. Эта идея реализовалась у него в то, что он назвал интерлингва — язык на основе упрощённой латыни. Затем он написал нечто вроде краткого изложения математики, назвав это Formulario Mathematico, которое было основано на его обозначениях для формул, и труд этот был написал на этой производной от латыни — на интерлингве.

Интерлингва, подобно эсперанто, который появился примерно в это же время, так и не получил широкого распространения. Однако этого нельзя сказать об обозначениях Пеано. Сперва о них никто ничего толком и не слышал. Но затем Уайтхед и Рассел написали свой труд Principia Mathematica, в котором использовались обозначения Пеано.

Думаю, Уайтхед и Рассел выиграли бы приз в номинации «самая насыщенная математическими обозначениями работа, которая когда-либо была сделана без помощи вычислительных устройств«. Вот пример типичной страницы из Principia Mathematica.

У них были все мыслимые виды обозначений. Частая история, когда авторы впереди своих издателей: Рассел сам разрабатывал шрифты для многих используемых им обозначений.

И, разумеется, тогда речь шла не о шрифтах TrueType или о Type 1, а о самых настоящих кусках свинца. Я о том, что Рассела можно было встретить с тележкой, полной свинцовых оттисков, катящему её в издательство Кембриджского университета для обеспечения корректной вёрстки его книг.

Но, несмотря на все эти усилия, результаты были довольно гротескными и малопонятными. Я думаю, это довольно ясно, что Рассел и Уайтхед зашли слишком далеко со своими обозначениями.

И хотя область математической логики немного прояснилась в результате деятельности Рассела и Уайтхеда, она всё ещё остаётся наименее стандартизированной и содержащей самую сложную нотацию.

Но что насчёт более распространённых составляющих математики?

Какое-то время в начале 20 века то, что было сделано в математической логике, ещё не произвело никакого эффекта. Однако ситуация резко начала меняться с движением Бурбаки, которое начало разрастаться во Франции в примерное сороковые года.

Бурбаки придавали особое значение гораздо более абстрактному, логико-ориентированному подходу к математике. В частности, они акцентировали внимание на использовании обозначений там, где это только возможно, любым способом сводя использование потенциально неточного текста к минимуму.

Где-то с сороковых работы в области чистой математики претерпели серьёзные изменения, что можно заметить в соответствующих журналах, в работах международного математического сообщества и прочих источниках подобного рода. Изменения заключались в переходе от работ, полных текста и лишь с основными алгебраическими и вычислительными выкладками к работам, насыщенными обозначениями.

Конечно, эта тенденция коснулась не всех областей математики. Это в некотором роде то, чем занимаются в лингвистике обычных естественных языков. По устаревшим используемым математическим обозначениям можно заметить, как различные области, их использующие, отстают от основной магистрали математического развития. Так, к примеру, можно сказать, что физика осталась где-то в конце 19 века, используя уже устаревшую математическую нотацию тех времён.

Есть один момент, который постоянно проявляется в этой области — нотация, как и обычные языки, сильно разделяет людей. Я имею в виду, что между теми, кто понимает конкретные обозначения, и теми, кто не понимает, имеется большой барьер. Это кажется довольно мистическим, напоминая ситуацию с алхимиками и оккультистами — математическая нотация полна знаков и символов, которые люди в обычной жизни не используют, и большинство людей их не понимают.

На самом деле, довольно любопытно, что с недавних пор в рекламе появился тренд на использование математических обозначений. Думаю, по какой-то причине математическая нотация стала чем-то вроде шика. Вот один актуальный пример рекламы.

Отношение к математическим обозначениям, к примеру, в школьном образовании, часто напоминает мне отношение к символам секретных сообществ и тому подобному.

Что ж, это был краткий конспект некоторых наиболее важных эпизодов истории математической нотации.

В ходе исторических процессов некоторые обозначения перестали использоваться. Помимо некоторых областей, таких как математическая логика, она стала весьма стандартизированной. Разница в используемых разными людьми обозначениях минимальна. Как и в ситуации с любым обычным языком, математические записи практически всегда выглядят одинаково.


Вот вопрос: можно ли сделать так, чтобы компьютеры понимали эти обозначения?

Это зависит от того, насколько они систематизированы и как много смысла можно извлечь из некоторого заданного фрагмента математической записи.

Ну, надеюсь, мне удалось донести мысль о том, что нотация развивалась в результате непродуманных случайных исторических процессов. Было несколько людей, таких как Лейбниц и Пеано, которые пытались подойти к этому вопросу более системно. Но в основном обозначения появлялись по ходу решения каких-то конкретных задач — подобно тому, как это происходит в обычных разговорных языках.

И одна из вещей, которая меня удивила, заключается в том, что по сути никогда не проводилось интроспективного изучения структуры математической нотации.

Грамматика обычных разговорных языков развивалась веками. Без сомнения, многие римские и греческие философы и ораторы уделяли ей много внимания. И, по сути, уже примерно в 500 года до н. э. Панини удивительно подробно и ясно расписал грамматику для санскрита. Фактически, грамматика Панини была удивительно похожа по структуре на спецификацию правил создания компьютерных языков в форме Бэкуса-Наура, которая используется в настоящее время.

И были грамматики не только для языков — в последнее столетие появилось бесконечное количество научных работ по правильному использованию языка и тому подобному.

Но, несмотря на всю эту активность в отношении обычных языков, по сути, абсолютно ничего не было сделано для языка математики и математической нотации. Это действительно довольно странно.

Были даже математики, которые работали над грамматиками обычных языков. Ранним примером являлся Джон Уоллис, который придумал формулу произведения Уоллиса для числа пи, и вот он писал работы по грамматике английского языка в 1658 году. Уоллис был тем самым человеком, который начал всю эту суматоху с правильным использованием «will» или «shall«.

В начале 20 века в математической логике говорили о разных слоях правильно сформированного математического выражения: переменные внутри функций внутри предикатов внутри функций внутри соединительных слов внутри кванторов. Но не о том, что же это всё значило для обозначений выражений.

Некоторая определённость появилась в 50-е годы 20 века, когда Хомский и Бакус, независимо разработали идею контекстно-свободных языков. Идея пришла походу работы над правилами подстановки в математической логике, в основном благодаря Эмилю Посту в 20-х годах 20 века. Но, любопытно, что и у Хомского, и у Бакуса возникла одна и та же идея именно в 1950-е.

Бакус применил её к компьютерным языкам: сперва к Fortran, затем к ALGOL. И он заметил, что алгебраические выражения могут быть представлены в контекстно-свободной грамматике.

Хомский применил эту идею к обычному человеческому языку. И он отмечал, что с некоторой степенью точности обычные человеческие языки так же могут быть представлены контекстно-свободными грамматиками.

Конечно, лингвисты включая Хомского, потратили годы на демонстрацию того, насколько всё же эта идея не соответствует действительности. Но вещь, которую я всегда отмечал, а с научной точки зрения считал самой важной, состоит в том, что в первом приближении это всё-таки истина — то, что обычные естественные языки контекстно-свободны.

Итак, Хомский изучал обычный язык, а Бакус изучал такие вещи, как ALGOL. Однако никто из них не рассматривал вопрос разработки более продвинутой математики, чем простой алгебраический язык. И, насколько я могу судить, практически никто с тех времён не занимался этим вопросом.

Но, если вы хотите посмотреть, сможете ли вы интерпретировать некоторые математические обозначения, вы должны знать, грамматику какого типа они используют.

Сейчас я должен сказать вам, что считал математическую нотацию чем-то слишком случайным для того, чтобы её мог корректно интерпретировать компьютер. В начале девяностых мы горели идеей предоставить возможность Mathematica работать с математической нотацией. И по ходу реализации этой идеи нам пришлось разобраться с тем, что происходит с математической нотацией.

Нил Сойффер потратил множество лет, работая над редактированием и интерпретацией математической нотации, и когда он присоединился к нам в 1991, он пытаться убедить меня, что с математической нотацией вполне можно работать — как с вводом, так и с выводом. 2+ArcSin[x+1]+c(x+1)+f[x+1]

Что оно означает? Чтобы это понять, нужно знать приоритеты операторов — какие действуют сильнее, а какие слабее в отношении операндов.

Я подозревал, что для этого нет какого-то серьёзного обоснования ни в каких статьях, посвящённых математике. И я решил исследовать это. Я прошёлся по самой разнообразной математической литературе, показывал разным людям какие-то случайные фрагменты математической нотации и спрашивал у них, как бы они их интерпретировали. И я обнаружил весьма любопытную вещь: была удивительная слаженность мнений людей в определении приоритетов операторов. Таким образом, можно утверждать: имеется определённая последовательность приоритетов математических операторов.

Можно с некоторой уверенностью сказать, что люди представляют именно эту последовательность приоритетов, когда смотрят на фрагменты математической нотации.

Обнаружив этот факт, я стал значительно более оптимистично оценивать возможность интерпретации вводимых математических обозначений. Один из способов, с помощью которого всегда можно это реализовать — использовать шаблоны. То есть достаточно просто иметь шаблон для интеграла и заполнять ячейки подынтегрального выражения, переменной и так далее. И когда шаблон вставляется в документ, то всё выглядит как надо, однако всё ещё содержится информация о том, что это за шаблон, и программа понимает, как это интерпретировать. И многие программы действительно так и работают.

Но в целом это крайне неудобно. Потому что если вы попытаетесь быстро вводить данные или редактировать, вы будете обнаруживать, что компьютер вам бикает (beeping) и не даёт делать те вещи, которые, очевидно, должны быть вам доступны для реализации.

Дать людям возможность ввода в свободной форме — значительно более сложная задача. Но это то, что мы хотим реализовать.

Итак, что это влечёт?

Прежде всего, математический синтаксис должен быть тщательно продуманным и однозначным. Очевидно, получить подобный синтаксис можно, если использовать обычный язык программирования с основанным на строках синтаксисом. Но тогда вы не получите знакомую математическую нотацию.

Вот ключевая проблема: традиционная математическая нотация содержит неоднозначности. По крайней мере, если вы захотите представить её в достаточно общем виде. Возьмём, к примеру, «i«. Что это — Sqrt[-1] или переменная «i«?

В обычном текстовом InputForm в Mathematica все подобные неоднозначности решены простым путём: все встроенные объекты Mathematica начинаются с заглавной буквы.

Но заглавная «I» не очень то и похожа на то, чем обозначается Sqrt[-1] в математических текстах. И что с этим делать? И вот ключевая идея: можно сделать другой символ, который вроде тоже прописная «i», однако это будет не обычная прописная «i», а квадратный корень из -1.

Можно было бы подумать: Ну, а почему бы просто не использовать две «i», которые бы выглядели одинаково, — прям как в математических текстах — однако из них будет особой? Ну, это бы точно сбивало с толку. Вы должны будете знать, какую именно «i» вы печатаете, а если вы её куда-то передвинете или сделаете что-то подобное, то получится неразбериха.

Итак, значит, должно быть два «i«. Как должна выглядеть особая версия этого символа?

У нас была идея — использовать двойное начертание для символа. Мы перепробовали самые разные графические представления. Но идея с двойным начертанием оказалась лучшей. В некотором роде она отвечает традиции в математике обозначать специфичные объекты двойным начертанием.

Так, к примеру, прописная R могла бы быть переменной в математических записях. А вот R с двойным начертанием — уже специфический объект, которым обозначают множество действительных чисел.

Таким образом, «i» с двойным начертанием есть специфичный объект, который мы называем ImaginaryI. Вот как это работает:

Идея с двойным начертанием решает множество проблем.

В том числе и самую большую — интегралы. Допустим, вы пытаетесь разработать синтаксис для интегралов. Один из ключевых вопросов — что может означать «d» в интеграле? Что, если это параметр в подынтегральном выражении? Или переменная? Получается ужасная путаница.

Всё становится очень просто, если использовать DifferentialD или «d» с двойным начертанием. И получается хорошо определённый синтаксис.

Можно проинтегрировать x в степени d, деленное на квадратный корень от x+1. Вот как это работает:

Оказывается, что требуется всего лишь несколько маленьких изменений в основании математического обозначения, чтобы сделать его однозначным. Это удивительно. И весьма здорово. Потому что вы можете просто ввести что-то, состоящее из математических обозначений, в свободной форме, и оно будет прекрасно понято системой. И это то, что мы реализовали в Mathematica 3.

Конечно, чтобы всё работало так, как надо, нужно разобраться с некоторыми нюансами. К примеру, иметь возможность вводить что бы то ни было эффективным и легко запоминающимся путём. , с помощью которой можно вводить явный верхний индекс. Та же идея для сочетания control — /, с помощью которого можно вводить «двухэтажную» дробь.

Наличие ясного набора принципов подобных этому важно для того, чтобы заставить всё вместе работать на практике. И оно работает. Вот как мог бы выглядеть ввод довольно сложного выражения:

Но мы можем брать фрагменты из этого результата и работать с ними.

И смысл в том, что это выражение полностью понятно для Mathematica, то есть оно может быть вычислено. Из этого следует, что результаты выполнения (Out) — объекты той же природы, что и входные данные (In), то есть их можно редактировать, использовать их части по отдельности, использовать их фрагменты в качестве входных данных и так далее.

Чтобы заставить всё это работать, нам пришлось обобщить обычные языки программирования и кое-что проанализировать. Прежде была внедрена возможность работать с целым «зоопарком» специальных символов в качестве операторов. Однако, вероятно, более важно то, что мы внедрили поддержку двумерных структур. Так, помимо префиксных операторов, имеется поддержка оверфиксных операторов и прочего.

Если вы посмотрите на это выражение, вы можете сказать, что оно не совсем похоже на традиционную математическую нотацию. Но оно очень близко. И оно несомненно содержит все особенности структуры и форм записи обычной математической нотации. И важная вещь заключается в том, что ни у кого, владеющим обычной математической нотацией, не возникнет трудностей в интерпретации этого выражения.

Конечно, есть некоторые косметические отличия от того, что можно было бы увидеть в обычном учебнике по математике. К примеру, как записываются тригонометрические функции, ну и тому подобное.

Однако я готов поспорить, что StandardForm в Mathematica лучше и яснее для представления этого выражения. И в книге, которую я писал много лет о научном проекте, которым я занимался, для представления чего бы то ни было я использовал только StandardForm.

Однако если нужно полное соответствие с обычными учебниками, то понадобится уже что-то другое. И вот другая важная идея, реализованная в Mathematica 3: разделить StandardForm и TraditionalForm.

Любое выражение я всегда могу сконвертировать в TraditionalForm.

И в действительности TraditionalForm всегда содержит достаточно информации, чтобы быть однозначно сконвертированным обратно в StandardForm.

Но TraditionalForm выглядит практически как обычные математические обозначения. Со всеми этими довольно странными вещами в традиционной математической нотации, как запись синус в квадрате x вместо синус x в квадрате и так далее.

Так что насчёт ввода TraditionalForm?

Вы могли заметить пунктир справа от ячейки [в других выводах ячейки были скрыты для упрощения картинок — прим. ред.]. Они означают, что есть какой-то опасный момент. Однако давайте попробуем кое-что отредактировать.

Мы прекрасно можем всё редактировать. Давайте посмотрим, что случится, если мы попытаемся это вычислить.

Вот, возникло предупреждение. В любом случае, всё равно продолжим.

Что ж, система поняла, что мы хотим.

Фактически, у нас есть несколько сотен эвристических правил интерпретации выражений в традиционной форме. И они работают весьма хорошо. Достаточно хорошо, чтобы пройти через большие объёмы устаревших математических обозначений, определённых, скажем, в TEX, и автоматически и однозначно сконвертировать их в осмысленные данные в Mathematica.

И эта возможность весьма вдохновляет. Потому что для того же устаревшего текста на естественном языке нет никакого способа сконвертировать его во что-то значимое. Однако в математике есть такая возможность.

Конечно, есть некоторые вещи, связанные с математикой, в основном на стороне выхода, с которыми существенно больше сложностей, чем с обычным текстом. Часть проблемы в том, что от математики часто ожидают автоматической работы. Нельзя автоматически сгенерировать много текста, который будет достаточно осмысленным. Однако в математике производятся вычисления, которые могут выдавать большие выражения.

Так что вам нужно придумывать, как разбивать выражение по строкам так, чтобы всё выглядело достаточно аккуратно, и в Mathematica мы хорошо поработали над этой задачей. И с ней связано несколько интересных вопросов, как, например, то, что во время редактирования выражения оптимальное разбиение на строки постоянно может меняться по ходу работы.

И это значит, что будут возникать такие противные моменты, как если вы печатаете, и вдруг курсор перескакивает назад. Что ж, эту проблему, полагаю, мы решили довольно изящным образом. Давайте рассмотрим пример.

Вы видели это? Была забавная анимация, которая появляется на мгновение, когда курсор должен передвинуться назад. Возможно, вы её заметили. Однако если бы вы печатали, вы бы, вероятно, и не заметили бы, что курсор передвинулся назад, хотя вы могли бы её и заметить, потому что эта анимация заставляет ваши глаза автоматически посмотреть на это место. С точки зрения физиологии, полагаю, это работает за счёт нервных импульсов, которые поступают не в зрительную кору, а прямо в мозговой ствол, который контролирует движения глаз. Итак, эта анимация заставляет вас подсознательно переместить свой взор в нужное место.

Таким образом, мы смогли найти способ интерпретировать стандартную математическую нотацию. Означает ли это, что теперь вся работа в Mathematica должна теперь проводиться в рамках традиционных математических обозначений? Должны ли мы ввести специальные символы для всех представленных операций в Mathematica? Таким образом можно получить весьма компактную нотацию. Но насколько это разумно? Будет ли это читаемо?

Пожалуй, ответом будет нет.

Думаю, тут сокрыт фундаментальный принцип: кто-то хочет всё представлять в обозначениях, и не использовать ничего другого.

А кому-то не нужны специальные обозначения. А кто-то пользуется в Mathematica FullForm. Однако с этой формой весьма утомительно работать. Возможно, именно поэтому синтаксис языков наподобие LISP кажется столь трудным — по сути это синтаксис FullForm в Mathematica.

Другая возможность заключается в том, что всему можно присвоить специальные обозначения. Получится что-то наподобие APL или каких-то фрагментов математической логики. Вот пример этого.

Довольно трудно читать.

Вот другой пример из оригинальной статьи Тьюринга, в которой содержатся обозначения для универсальной машины Тьюринга, опять-таки — пример не самой лучшей нотации.

Она тоже относительно нечитабельная.

Вопрос заключается в том, что же находится между двумя такими крайностями, как LISP и APL. Думаю, эта проблема очень близка к той, что возникала при использовании очень коротких имён для команд.

К примеру, Unix. Ранние версии Unix весьма здорово смотрелись, когда там было небольшое количество коротких для набора команд. Но система разрасталась. И через какое-то время было уже большое количество команд, состоящих из небольшого количества символов. И большинство простых смертных не смогли бы их запомнить. И всё стало выглядеть совершенно непонятным.

Та же ситуация, что и с математической или другой нотацией, если на то пошло. Люди могут работать лишь с небольшим количеством специальных форм и символов. Возможно, с несколькими десятками. Соизмеримым с длиной алфавита. Но не более. А если дать им больше, особенно все и сразу, в голове у них будет полная неразбериха.

Это следует немного конкретизировать. Вот, к примеру, множество различных операторов отношений.

Но большинство из них по сути состоят из небольшого количества элементов, так что с ними проблем быть не должно.

Конечно, принципиально люди могут выучить очень большое количество символов. Потому что в языках наподобие китайского или японского имеются тысячи иероглифов. Однако людям требуется несколько дополнительных лет для обучения чтению на этих языках в сравнении с теми, которые используют обычный алфавит.

Если говорить о символах, кстати, полагаю, что людям гораздо легче справится с какими-то новыми символами в качестве переменных, нежели в качестве операторов. И весьма занятно рассмотреть этот вопрос с точки зрения истории.

Один из наиболее любопытных моментов — во все времена и практически без исключения в качестве переменных использовались лишь латинские и греческие символы. Ну, Кантор ввёл алеф, взятый из иврита, для своих кардинальных чисел бесконечных множеств. И некоторые люди утверждают, что символ частной производной — русская д, хотя я думаю, что на самом деле это не так. Однако нет никаких других символов, которые были бы заимствованы из других языков и получили бы распространение.

Кстати, наверняка вам известно, что в английском языке буква «e» — самая популярная, затем идёт «t«, ну и так далее. И мне стало любопытно, каково распределение по частоте использования букв в математике. Потому я исследовал сайт MathWorld, в котором содержится большое количество математической информации — более 13 500 записей, и посмотрел, каково распределение для различных букв [к сожалению, эту картинку, сделанную Стивеном, не удалось осовременить — прим. ред.].

Можно увидеть, что «e» — самая популярная. И весьма странно, что «a» занимает второе место. Это очень необычно. Можно увидеть, что строчная π — наиболее популярная, за которой идут θ, α, φ, μ, β и так далее. А среди прописных самые популярные — Γ и Δ.

Хорошо. Я немного рассказал об обозначениях, которые в принципе можно использовать в математике. Так какая нотация лучше всего подходит для использования?

Большинство людей, использующих математическую нотацию, наверняка задавались этим вопросом. Однако для математики нет никакого аналога, подобного «Современному использованию английского языка» Фаулера для английского языка. Была небольшая книжка под названием Математика в печати, изданная AMS, однако она в основном о типографских приёмах.

В результате мы не имеем хорошо расписанных принципов, аналогичным вещам наподобие инфинитивов с отдельными частицами в английском языке.

Если вы используете StandardForm в Mathematica, вам это больше не потребуется. Потому что всё, что вы введёте, будет однозначно интерпретировано. Однако для TraditionalForm следует придерживаться некоторых принципов. К примеру, не писать , потому что не совсем ясно, что это означает.


Чтобы закончить, позвольте мне рассказать немного о будущем математической нотации.

Какой, к примеру, должна бы быть новая нотация?

В какой-нибудь книге символов будет содержаться около 2500 символов, популярных в тех или иных областях и не являющимися буквами языков. И с правильным написанием символов, многие из них могли бы идеально сочетаться с математическими символами.

Для чего же их использовать?

Первая приходящая на ум возможность — нотация для представления программ и математических операций. В Mathematica, к примеру, представлено довольно много текстовых операторов, используемых в программах. И я долгое время считал, что было бы здорово иметь возможность использовать для них какие-то специальные символы вместо комбинаций обычных символов ASCII [последние версии Mathematica полностью поддерживают Unicode — прим. ред.].

Оказывается, иногда это можно реализовать весьма просто. Поскольку мы выбрали символы ASCII, то часто можно получить некоторые символы, очень близкие по написанию, но более изящные. К примеру, если в Mathematica набрать ->, то эта стрелочка автоматически превратиться в более изящную . И это всё реализуемо за счёт того, что парсер в Mathematica может работать в том числе и со специальными символами.

Я часто размышлял о том, как бы расширить всё это. И вот, постепенно появляются новые идеи. Обратите внимание на знак решётки #, или номерной знак, или, как его ещё иногда называют, октоторп, который мы используем в тех местах, в которые передаётся параметр чистой функции. Он напоминает квадрат с щупальцами. И в будущем, возможно, он будет обозначаться симпатичным квадратиком с маленькими засечками, и будет означать место для передачи параметра в функцию. И он будет более гладким, не похожим на фрагмент обычного кода, чем-то вроде пиктограммы.

Насколько далеко можно зайти в этом направлении — представлении вещей в визуальной форме или в виде пиктограмм? Ясно, что такие вещи, как блок-схемы в инженерии, коммутативные диаграммы в чистой математике, технологические схемы — все хорошо справляются со своими задачами. По крайней мере до настоящего момента. Но как долго это может продолжаться?

Не думаю, что уж очень долго. Думаю, некоторые приближаются к некоторым фундаментальным ограничениям людей в обработке лингвистической информации.

Когда языки более или менее контекстно-свободные, имеют древовидную структуру, с ними можно многое сделать. Наша буферная память из пяти элементов памяти и что бы то ни было спокойно сможет их разобрать. Конечно, если у нас будет слишком много вспомогательных предложений даже на контекстно-свободном языке, то будет вероятность исчерпать стековое пространство и попасть впросак. Но, если стек не будет заходить слишком глубоко, то всё будет работать как надо.

Но что насчёт сетей? Можем ли мы понимать произвольные сети? Я имею в виду — почему у нас должны быть только префиксные, инфиксные, оверфиксные операторы? Почему бы операторам не получать свои аргументы через какие-то связи внутри сети?

Меня особенно интересовал этот вопрос в контексте того, что я занимался некоторыми научными вопросами касательно сетей. И мне действительно хотелось бы получить некоторое языковое представление для сетей. Но не смотря на то, что я уделил этому вопросу довольно много времени — не думаю, что мой мозг смог бы работать с подобными сетями так же, как с обычными языковыми или математическими конструкциями, имеющими одномерную или двумерную контекстно-свободную структуру. Так что я думаю, что это, возможно, то место, до которого нотация не сможет добраться.

Вообще, как я упоминал выше, это частый случай, когда язык или нотация ограничивают наше пространство мыслимого.

Итак, что это значит для математики?

В своём научном проекте я разрабатывал некоторые основные обобщения того, что люди обычно относят к математике. И вопрос в том, какие обозначения могут быть использованы для абстрактного представления подобных вещей.

Что ж, я не смог пока что полностью ответить на этот вопрос. Однако я обнаружил, что, по крайней мере в большинстве случаев, графическое представление или представление в виде пиктограмм гораздо эффективнее обозначений в виде конструкций на обычных языках.

Возвращаясь к самому началу этого разговора, ситуация напоминает то, что происходило тысячи лет в геометрии. В геометрии мы знаем, как представить что-то в графическом виде. Ещё со времён древнего Вавилона. И чуть более ста лет назад стало ясно, как можно формулировать геометрические задачи с точки зрения алгебры.

Однако мы всё ещё не знаем простого и ясного способа представлять геометрические схемы в обозначениях на естественном языке. И моя догадка состоит в том, что практически все эти математические вещи лишь в небольшом количестве могут быть представлены в обозначениях на естественном языке.

Однако мы — люди — легко воспринимаем лишь эти обозначения на естественном языке. Так что мы склонны изучать те вещи, которые могут быть представлены этим способом. Конечно, подобные вещи не могут быть тем, что происходит в природе и вселенной.

Но это уже совсем другая история. Так что я лучше закончу на этом.

Большое спасибо.



В ходе обсуждения после выступления и во время общения с другими людьми на конференции возникло несколько моментов, которые следовало бы обсудить.

Эмпирические законы для математических обозначений


При изучении обычного естественного языка были обнаружены различные историко-эмпирические законы. Пример — Закон Гримма, которые описывает переносы в согласных на индоевропейских языках. Мне было любопытно, можно ли найти подобные историко-эмпирические законы для математического обозначения.

Дана Скотт предложила такой вариант: тенденция к удалению явных параметров.

Как пример, в 60 годах 19 века часто каждый компонент вектора именовался отдельно. Но затем компоненты стали помечать индексами — как ai. И вскоре после этого — в основном после работ Гиббса — векторы стали представлять как один объект, обозначаемый, скажем, как или a.

С тензорами всё не так просто. Нотацию, избегающую явных индексов, обычно называют координатно-свободной. И подобная нотация — частое явление в чистой математике. Однако в физике данный подход считается слишком абстрактным, потому явные индексы используются повсеместно.

В отношении функций так же имеется тенденция явно не упоминать параметры. В чистой математике, когда функции рассматриваются через сопоставления, они часто упоминаются лишь по своему имени — просто f, без каких-либо параметров.

Однако это будет хорошо только тогда, когда у функции только один параметр. Когда параметров несколько, обычно становится непонятно, как будут работать те потоки данных, которые ассоциированы с параметрами.

Однако, ещё в 20-х годах 20 века было показано, что можно использовать так называемые комбинаторы для определения подобных потоков данных без какого-либо явного указания параметров.

Комбинаторы не использовались в основных течениях математики, однако время от времени становились популярными в теории вычислений, хотя их популярность заметно поубавилась из-за несовместимости с идеей о типах данных.

Комбинаторы довольно легко задать в Mathematica через задание функции с составным заголовком. Вот как можно определить стандартные комбинаторы:

k[x_][y_]:=i x
s[x_][y_][z_]:= x[z][y[z]]

Если определить целое число n, по сути, в унарной системе, используя Nest[s[s[k[s]][k]],k[s[k][k]],n], то тогда сложение можно будет определить как s[k[s]][s[k[s[k[s]]]][s[k[k]]]], умножение как s[k[s]][k], а степень — s[k[s[s[k][k]]]][k]. Никакие переменные не требуются.

Проблема заключается в том, что выражения получаются непонятными, и с этим ничего не поделать. Я пытался найти какие-то способы для более ясного представления их и сопряжённых с ними вычислений. Я добился небольшого прогресса, однако нельзя сказать, что задача была решена.

Печатные обозначения против экранных


Некоторые спрашивали о разнице в возможностях печатных и экранных обозначений.

Чтобы можно было понимать обозначения, они должны быть похожими, и разница между ними не должна быть очень большой.

Но есть некоторые очевидные возможности.

Во-первых, на экране легко можно использовать цвет. Можно было бы подумать, что было каким-то образом удобно использовать разные цвета для переменных. Мой опыт говорит о том, что это удобно для разъяснения формулы. Однако всё станет весьма запутанным, если, к примеру, красному x и зелёному x будут соответствовать разные переменные.

Другая возможность состоит в том, чтобы иметь в формуле какие-то анимированные элементы. Полагаю, что они будут столь же раздражающими, как и мигающий текст, и не будут особо полезными.

Пожалуй, идея получше — иметь возможность скрывать и разворачивать определённые части выражения — как группы ячеек в ноутбуке Mathematica. Тогда будет возможность сразу получить представление обо всём выражении, а если интересны детали, то разворачивать его далее и далее.

Письменные обозначения


Некоторые могли бы подумать, что я уж слишком много времени уделил графическим обозначениям.

Хотелось бы прояснить, что я нахожу довольно затруднительным графические обозначения обычных математических действий и операций. В своей книге A New Kind of Science я повсеместно использую графику, и мне не представляется никакого другого способа делать то, что я делаю.

И в традиционной науке, и в математике есть множество графических обозначений, которые прекрасно работают, пускай и в основном для статичных конструкций.

Теория графов — очевидный пример использования графического представления.

К ним близки структурные диаграммы из химии и диаграммы Фейнмана из физики.

В математике имеются методы для групповых теоретических вычислений, представленные отчасти благодаря Предрагу Цвитановицу, и вот они основаны на графическом обозначении.

И в лингвистике, к примеру, распространены диаграммы для предложений, показывающие дерево лингвистических компонентов и способы их группировки для образования предложения.

Все эти обозначения, однако, с

Математические символы

Символ Значение Пример
+ сложить 2+3=5
вычесть 10-3=7
× умножить 4×6=24
/ делить 16/8=2
( ) группировка (a-b)(a+b)
[ ] группировка 3[a-(b+c)]
{} множество {2,4,6}
π число Пи S = πr2
знак бесконечности [-∞,+∞]
= равенство 2+2=4
≈ приближенно π≈3.17
не равно 2+2≠5
меньше, меньше или равно 2
> ≥ больше, больше или равно 5 > 4
√ квадратный корень √9=3
° знак градусов 45°

В таблице представлены наиболее распространенные символы, использование символов упрощает запись математических выражений.

Разные знаки могут обозначать одну и ту же математическую операцию, например для умножения можно использовать 3 различных символа: 2 × 3 = 6, 3 ⋅ 5 = 15, 4 * 6 = 24.

Реферат на тему «Математические символы и знаки»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Раменская средняя общеобразовательная школа № 9

Реферат на тему

«Математические символы и знаки»

Кружок по математике

«За страницами учебника математики»

Выполнила: ученица 7 «В» класса

Кошелева Юлия

Проверила: учитель математики

Никифорова О.В.

г. Раменское 2020

Содержание:

Введение

1. Математика-царица наук.

2. Математические знаки и символы. История их возникновения.

Заключение

Список литературы

Введение

Хорошо продуманные обозначения, отражающие свойства изучаемых объектов, помогают избежать ошибок или неправильной трактовки, переносят часть исследования на технический уровень, нередко «подсказывают» правильный путь к решению задачи. По словам Альфреда Уайтхеда, удачное обозначение освобождает мозг от ненужной работы, тем самым позволяя ему сосредоточиться на более важных задачах.

1. Разрешите представиться.

Я — «Царица наук»- математика.

Математика — наука, исторически основанная на решении задач о количественных и пространственных соотношениях реального мира путём идеализации необходимых для этого свойств объектов и формализации этих задач. Наука, занимающаяся изучением чисел, структур, пространств и преобразований.

Математика — как правило, люди думают, что это всего лишь арифметика, то есть изучение чисел и действий с их помощью, например, умножения и деления. На самом деле математика — это намного больше. Это способ описать мир и то, как одна его часть сочетается с другой. Взаимоотношения чисел выражаются в математических символах, которые описывают Вселенную, в которой мы живем. Любой нормальный ребенок может преуспевать в математике, потому что «ощущение числа» — это врожденная способность. Правда, для этого нужно приложить некоторые усилия и затратить немного времени.

Умение считать — это еще не все. Ребенку необходимо уметь хорошо выражать свои мысли, чтобы понимать задачи и устанавливать связи между фактами, которые хранятся в памяти. Для того чтобы выучить таблицу умножения, нужны память и речь. Именно поэтому некоторым людям с поврежденным мозгом трудно умножать, хотя другие виды счета не представляют для них сложности.

Математика — это еще и способность отсчитать нужное количество семян и посеять их в горшочек, отмерять нужное количество муки для пирога или ткани на платье, понять счет футбольной игры и множество других повседневных дел. Везде: в банке, в магазине, дома, на работе — нам необходимо умение понимать числа, формы и меры и обращаться с ними. Числа — это только часть особого математического языка, а лучший способ выучить любой язык — это применять его. И начинать лучше с ранних лет.

Традиционно математика делится на теоретическую, выполняющую углублённый анализ внутриматематических структур, и прикладную, предоставляющую свои модели другим наукам и инженерным дисциплинам, причём некоторые из них занимают пограничное к математике положение. В частности, формальная логика может рассматриваться и как часть философских наук, и как часть математических наук; механика — и физика, и математика; информатика, компьютерные технологии и алгоритмика относятся как к инженерии, так и к математическим наукам и т. д. В литературе существует много различных определений математики.

А теперь давайте узнаем, что такое математический знак и откуда появились математические знаки?

2. Математические знаки и символы. История их возникновения.

Знаки — это математические условные обозначения, предназначенные для записи математических понятий, предложений.

С той поры как появилась письменность, люди стали стремиться ее упростить, но так, чтобы смысл оставался понятным для любого читателя. Переход от иероглифической записи текста к буквенной резко упростил как сам механизм написания послания, так и чтение написанного. Если разобраться детальнее, то математика представляет собой то же самое письмо, которое нужно максимально унифицировать, чтобы написанное было понятно всем людям на планете. Для этой унификации используются 10 цифр и некие математические знаки или символы.

И так, какие же мы знаем математические знаки и символы? А всегда ли они были такими, как сейчас?

А теперь давайте поговорим о каждом знаке более подробно. Ведь знаки не всегда были такими, как мы привыкли их видеть. Поэтому немного истории.

Знаки сложения и вычитания.

В 15 веке символы «+» и «-» уже активно использовались человечеством, правда откуда они точно взялись и кто их ввел в обиход достоверно неизвестно. Предполагают, что эти символы были введены в оборот виноторговцами. Когда часть вина из бочки продавали, то владелец наносил на тару горизонтальную черточку, чтобы отметить новый уровень. Затем такие черточки появлялись ниже и ниже. При доливании вина ранее нанесенные горизонтальны черточки пересекали вертикальной черточкой. Так и вышло, горизонтальная черточка «-» означала убавление, а 2 перпендикулярных «+» — прибавление.

Есть и альтернативная версия появления символа «+». Поначалу для записи выражения «a + b» использовали текст «a et b». Латинское слово «e» означает буквально союз «и». То есть было выражение «a и b». Со временем для ускорения записи отказались от «е», а «t» утратило свой хвостик и несколько сократилось в размерах.

Знак умножения.

До 17 века умножение чисел обозначали латинской буквой «М», от слова мультипликация. Но в 17 веке часть математиков вслед за англичанином Уильямом Отредом стали использовать для обозначения умножения косой крестик, который используется и в наши дни. Но не все согласились с нововведением. Предлагались для умножения звездочка «*», буква «х» и даже символ прямоугольника в начале выражения и запятая в конце.

Готфрид Лейбниц оставил заметный след в истории многих областей знаний, именно он призвал отказаться от косого крестика, поскольку его легко спутать с буквой «х» и предложил для умножения использовать точку. Однако математики, приняв обозначение Лейбница, предпочли саму точку, по возможности, не писать, впрочем, отсутствие косого крестика или точки никого не смущает, все понимают и так, что перед нами 2 множителя.

Знак деления.

Знак деления в виде горизонтальной черты дроби использовали еще такие математики древности как Диофант и Герон, а также арабские ученые Средневековья. Уже упоминавшийся Отред предложил использовать не горизонтальную черту, а косую. Приложил к делению свою руку и Лейбниц, он придумал для обозначения этого действия использовать двоеточие «:». Все упомянутые варианты сохранились до нашего времени.

Знак равенства.

Знак «=» предложил врач и математик из Уэльса Роберт Рекорд в 1557 году, правда, начертание было значительно длиннее современного. Как объяснил смысл знака сам ученый, что невозможно представить нечто более равное, чем 2 параллельных отрезка. Вот параллельность отрезков и мешала привычному нам знаку равенства. В конце концов пришли к соглашению знак параллельности также обозначать 2 параллельными отрезками, но уже развернутыми вертикально.

Знак бесконечности в виде лежащей на боку несколько вытянутой цифры 8- «∞», предложил использовать в первой половин 17 века англичанин Джон Уоллис. Правда, француз Рене Декарт предлагал этот знак использовать для обозначения равенства, но сей проект был забаллотирован.

Знак «не равно».

Символ «не равно» — «≠», в виде знака равенства перечеркнутого косой чертой скорее всего первым начал применять Леонард Эйлер, во всяком случае он активно использовал этот знак в своих сочинениях. Две волнистые линии для знака приблизительного равенства придумал математик из германии Зигмунд Гюнтер. Было это в 1882 году.

Знак «процента»

Знак % для обозначения сотой части чего-либо появился сразу в нескольких работах 17 века различных математиков. Как он был придуман не ясно, есть предположение, что не обошлось без ошибки наборщика, который вместо сокращения «cto» (обозначавшего сотую часть) набрал деление ноль на ноль — 0/0.

Знак «интеграла».

Развитие интегрального исчисления в 17 веке требовало введение специального значка интеграла. Интегралы вычислялись как пределы интегральных сумм, поэтому Лейбниц в своей рукописи использовал для его обозначения латинскую букву «∫», обозначавшую тогда в математике сумму. Но все же сумму требовалось как-то отличать от интеграла, вот «S» и вытянули по вертикали.

Знак круглые скобки.

Круглые скобки «( )» появились у Тартальив 1556 году, а позднее у Жирара. Одновременно, Бомбелли использовал в, качестве начальной скобки, уголок в виде буквы L,а в качестве конечной-его же в перевернутом виде. Такая запись стала прородителем квадратных скобок. Фигурные скобки предложил Виет в 1593г. В общее употребление скобки ввели Лейбниц и Эйлер.

Символы «угол» и «перендикулярно».

Эти символы придумал в 1634 году французский математик Пьер Эригон.

«┴»- символ перпендикулярности. Символ угла у Эригона напоминал значок « <», современную форму ему придал Уильям Отред в 1657 г

Символ «параллельности».

Символ параллельности-«║» известен с античных времен, но использовали Герон и Папп Александрийский. Сначала символ был похож на нынешний знак равенства, но с появлением последнего, во избежание путаницы, символ был повернут вертикально.

Заключение

Математические знаки позволяют записывать в компактной и легкой форме предложения ,выражение которых на обычном языке, было бы крайне громоздким. Это способствует более глубокому осознанию их содержания ,облегчает его запоминание.

Математические знаки используются в математик эффективно и без ошибок. когда они выражают точно определенные понятия, относящиеся к объектам изучения математических теорий. Поэтому ,прежде чем использовать в рассуждениях и в записях те или иные знаки, математик старается сказать, что каждый из них обозначает.

Целесообразность, а в наше время и необходимость использования языка знаков в математике обусловлена тем, что при его помощи можно не только кратко и ясно записывать понятия и предложения в математических теорий, но и развивать понятия и предлож

ГОСТ Р 54521-2011


ГОСТ Р 54521-2011

Группа Т59



ОКС 03.120.30

Дата введения 2012-12-01


Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 125 «Статистические методы в управлении качеством продукции»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2011 г. N 595-ст

4 Настоящий стандарт разработан с учетом основных требований международного стандарта ИСО 80000-2:2009* «Величины и единицы. Часть 2. Математические символы и знаки для применения в естественных науках и технологиях» (ISO 80000-2:2009 «Quantities and units — Part 2: Mathematical signs and symbols to be used in the natural sciences and technology»)
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение


Описание знаков, символов, выражений в настоящем стандарте приведено в форме таблиц (таблицы 4.1-19.1), структура которых, за исключением таблицы 16.1, одинакова.

В первой колонке этих таблиц приведен номер знака, символа, выражения.

Во второй колонке таблицы («Знак, символ, выражение») приведено изображение рассматриваемых знака, символа, выражения. Если более одного знака, символа или выражения приведено для одного объекта, они являются одинаково применимыми и эквивалентными.

В некоторых случаях рекомендуется применять единственное выражение.

В третьей колонке таблицы («Значение, устный эквивалент») приведено описание значения объекта и его устный эквивалент. Значение приведено для идентификации соответствующего понятия и не является полным математическим определением.

В четвертой колонке таблицы («Примечания, примеры») приведена полезная дополнительная информация. Приведенные определения являются достаточно краткими. Определения с математической точки зрения не являются полными.

Структура таблицы 16.1 несколько иная.

1 Область применения


В стандарте приведены общие сведения о математических символах и знаках, их значениях, устных эквивалентах и применении.

Рекомендуемые в стандарте символы и знаки предназначены главным образом для использования в стандартах, но могут быть использованы также и в других областях. Приведенные в настоящем стандарте математические символы соответствуют требованиям ИСО 80000-2 [1], ГОСТ 1.5.

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ 1.5-2001 Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению

3 Переменные, функции и операторы


Переменные, такие как , , и т.д., и индексы, такие как в , следует изображать курсивом. Параметры, такие как , , и т.д., рассматриваемые в контексте как постоянные, изображают курсивом. То же относится ко всем функциям, например , .

Четко определенные функции независимо от контекста изображают без наклона (вертикально), например , , , . Математические константы изображают без наклона (вертикально), например 2,7182188 …; 3,141592 …; -1. Четко определенные операторы также изображают без наклона (вертикально), например , в и в .

Числа, представленные цифрами, всегда изображают прямым шрифтом (вертикально), например 351204; 1,32; 7/8.

Аргумент функции указывают в круглых скобках после символа функции без пробела между символом функции и первой круглой скобкой, например , . Если символ функции состоит из двух или большего количества букв, а аргумент не содержит символа операции (+, -, , или /), круглые скобки вокруг аргумента могут быть опущены. В этих случаях должен быть небольшой пробел между символом функции и аргументом, например ; ; ; .

Если существует возможность ошибки, необходимо использовать круглые скобки. Например, лучше записать в виде , чтобы исключить ошибочное понимание этой формулы.

Запятая, точка с запятой или другой соответствующий символ могут быть использованы для разделения чисел или выражений. Предпочтительно использование запятой, кроме тех случаев, когда ее используют при записи десятичных дробей.

Если выражение или уравнение должно быть записано в две или более строк, следует применять правила, установленные в ГОСТ 1.5.

По возможности разрыв формулы не следует использовать внутри выражения в круглых скобках.

Общепринято использование различных букв (греческого, латинского или других алфавитов) для различных объектов. Это делает формулы более удобными и помогает в восприятии соответствующего текста. При использовании нескольких шрифтов необходимо приводить соответствующие пояснения (при необходимости).

4 Математическая логика


Знаки, символы, выражения, используемые в математической логике, приведены в таблице 4.1.


Таблица 4.1 — Знаки, символы, выражения, используемые в математической логике

Учебное пособие. Часть 1 (Элементы математической логики. Множества чисел. Комплексные числа. Производная функции. Дифференциал)

Чесноков Е. А.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИИ

ОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ

Северо – Западная академия государственной службы

Санкт – Петербург, 2008

Введение

Настоящее учебное пособие посвящено …

1.  Сокращенные обозначения в математике

В математической литературе используются ряд символов (знаков), призванных сократить запись наиболее часто встречающихся в математике предложений. Использование математических символов позволяет значительно ускорить процесс конспектирования, а также существенно сократить время записи решения задач. Приведем некоторые наиболее часто встречающиеся символы:

 — знак принадлежности: означает, что элемент  принадлежит множеству

 — знак подмножества: означает, что множество  является подмножеством (составной частью) множества , иначе говоря все элементы, принадлежащие , принадлежат также и

 — знак допущения, заменяет слова «предположим», «допустим»

 — знак существования, как правило заменяет слово «существует»

 — знак произвольности, обычно заменяет слово «любой»

 — знак единственности, используется вместо слова «единственный»

 — знак окрестности (некоторой прилегающей области)

 — знак следствия:  означает, что из утверждения  следует утверждение , то есть при выполнении  обязательно будет выполняться и

 — знак эквивалентности:  означает, что утверждения  и  эквивалентны (равнозначны), то есть  и  выполняются или не выполняются одновременно

 — знак тождественного равенства: например,  подчеркивает, что равенство имеет место при всех , в то время как уравнение  выполняется только при

 — знак приближенного (неточного) равенства

 — знак рассмотрения (глаз), заменяет слово «рассмотрим»

 — знак, заменяющий слова «такое, что»

Перечеркнутый символ означает отрицание, например:

 — «не равно»

 — «не принадлежит»

Пример 1: Предложение «допустим, что существует единственное решение уравнения » можно коротко записать как «»

Пример 2: Предложение «рассмотрим некоторую окрестность точки , такую, что для любого , принадлежащего этой окрестности, выполняется неравенство » эквивалентно записи «».

2.  Элементы математической логики

Доказательства различных математических утверждений в конечном счете основываются на логических связях между некоторыми высказываниями, каждое из которых может быть оценено как истинное или ложное. По сути дела, доказательство некоторого неочевидного утверждения сводится к тому, что это утверждение раскладывается в цепь логически связанных элементарных высказываний, каждое из которых без труда может быть оценено как истинное или ложное. Один раз тщательно проверенная логическая цепь может использоваться в дальнейшем (например, в виде теоремы) как составная часть более длинной цепи, соответствующей некоторому более сложному утверждению. В качестве примера рассмотрим два наиболее часто встречающихся способа математических доказательств: доказательство от противного и метод математической индукции.

Определение 1: Утверждение, состоящее в том, что утверждение  ложно ( не имеет места), называют отрицанием  и обозначают . Отметим, что  .

Определение 2: Логическим сложением утверждений  () называют утверждение, состоящее в том, что по крайней мере одно из двух утверждений ( или ) истинно.

Определение 3: Логическим умножением утверждений  () называют утверждение, состоящее в том, что оба утверждения ( и ) истинны.

Определение 4: Импликацией (логическим следствием)  называют утверждение, состоящее в том, что если утверждение  истинно, то и утверждение  тоже истинно (если  ложно, то импликация считается истинной),  называют условием, — заключением.

Определение 5: Утверждения  и  называют взаимно обратными.

Определение 6: Произведение прямого и обратного утверждений  называют утверждением эквивалентности и обозначают . Утверждение эквивалентности означает, что либо  и  оба истинны, либо они оба ложны, при этом не имеет значения  какое из двух утверждений делать. 

Определение 7: Утверждения  и  называют взаимно противоположными.

Теорема 1:

И то и другое утверждения являются ложными только в одном случае: когда — истинное, а — ложное, в остальных случаях оба утверждения истинны. Ч.Т.Д.

Теорема 2: Прямое и противоположное обратному утверждения эквивалентны (равносильны):

Действительно, из Т1 следует:  Ч.Т.Д.

На непосредственном использовании Т2 основан способ доказательства, который носит название доказательства от противного: делается предположение, которое отрицает следствие импликации (теоремы), после чего показывается, что данное предположение приводит к отрицанию условия импликации, то есть к логическому противоречию, откуда следует вывод об истинности следствия импликации. Другими словами, вместо прямого утверждения  доказывается утверждение противоположное обратному .

Пример 1: Докажем, что число  иррациональное, то есть не может быть представлено в виде несократимой дроби .

Условие теоремы:  ( — несократимая дробь, то есть натуральные числа  и  не содержат в своем составе общих простых чисел).

Следствие теоремы:

Предположим, что следствие теоремы ложно:

Знаки и операции в мат. логике · Как пользоваться Контрольная Работа РУ

Приведём таблицу знаков операций и знаков, которые используются в математической логике, а также обозначим, в каком же приоритете должны использоваться операции, если в каком-то логическом выражении не проставлены скобочки.


¬a
    - отрицание
a⇒b
    - импликация
a∧b
    - конъюкция
a∨b
    - дизъюнкция
a⇔b
    - эквиваленция
a⊕b
    - сложение по модулю 2 (Исключающее или)
a|b
    - Не-и (штрих Шеффера)
a↓b
    - Не-или (стрелка Пирса)

Таблица с приоритетами:

Приоритет Операция Обозначение
7 НЕ NOT ¬
6 И AND
5 ИЛИ OR
5 Исключающее ИЛИ XOR
4 НЕ-И NAND |
3 НЕ-ИЛИ NOR
2 ЕСЛИ, ТО IMP
1 Эквивалентно EQU

Или в виде картинки:

Калькулятор математической логики сам умеет определять приоритет операций автоматом:

Если ввели:

0↓1|a↓a^bvd=>x↓c|1↓0

— преобразуется в:


0↓(1|a)↓((d∨(a∧b))⇒x)↓(c|1)↓0

Также калькулятор упростит это логическое выражение:


a∧c∧(¬x)∧(b∨d)

Умножение математических знаков — 139 бесплатных векторных иконок

  • Авторы
  • Пакеты
  • Дополнительные инструменты

    Прочие товары

    Freepik Бесплатные векторы, фото и PSD Онлайн-редактор Freepik Редактируйте свои шаблоны Freepik Slidesgo Бесплатные шаблоны для презентаций Рассказы Бесплатные редактируемые иллюстрации

    Инструменты

    Образец значка Создавайте шаблоны значков для своих обоев или социальных сетей

    Google Workspace

    Иконки для слайдов и документов +2.5 миллионов бесплатных настраиваемых значков для ваших слайдов, документов и таблиц
  • английский
    • Español
    • английский
    • Deutsch
    • Português
    • Français
    • 한국어
  • Стать автором
  • Стоимость
  • Бесплатная регистрация
  • Войти
Авторизоваться регистр

Математический знак равенства Иконки — 104 бесплатные векторные иконки

  • Авторы
  • Пакеты
  • Дополнительные инструменты

    Прочие товары

    Freepik Бесплатные векторы, фото и PSD Онлайн-редактор Freepik Редактируйте свои шаблоны Freepik Slidesgo Бесплатные шаблоны для презентаций Рассказы Бесплатные редактируемые иллюстрации

    Инструменты

    Образец значка Создавайте шаблоны значков для своих обоев или социальных сетей

    Google Workspace

    Иконки для слайдов и документов +2.5 миллионов бесплатных настраиваемых значков для ваших слайдов, документов и таблиц
  • английский
    • Español
    • английский
    • Deutsch
    • Português
    • Français
    • 한국어
  • Стать автором
  • Стоимость
  • Бесплатная регистрация
  • Войти
Авторизоваться регистр

Произношение математических символов

у
x + 1 x плюс один
х -1 x минус один
х ± 1 x плюс или минус один
xy х у; х умножить на у; x умножить на y
(х — у) (х + у) х минус y, x плюс y
х / у х над y; Икс делится на y;
x ÷ y х делится на y
х = 5 x равно 5; x равно 5
x ≈ y x примерно равен y
x ≡ y x есть эквивалентно y; х это идентичен y
x ≠ y x не равно y
х > y х больше, чем у
х х меньше
х ≥ y x есть больше или равно y
x ≤ y x меньше или равно y
0 <х < 1 ноль меньше чем х меньше 1; x больше нуля и меньше 1
0 ≤ x ≤ 1 ноль меньше чем или равно х меньше или равно 1; x больше или равно нулю и меньше или равно 1
x в квадрате
x в кубе
x 4 x в четвертый; х во власть четыре
x n х кн; x до n-го; Икс к мощности n
x -n x в минус n; Икс в степени минус n
корень x; квадратный корень x; квадрат корень x
кубический корень x
корень четвертой степени x
корень n-й степени от x
(x + y) ² x плюс y все в квадрате
(х / у) ² x по оси y все в квадрате
н! n факториал; факториал n
х% x процентов
бесконечность
x ∝ y x изменяется как y; x (прямо) пропорционален y
x ∝ 1 / y x изменяется как один над y; x косвенно пропорционален y
x точка
x двойная точка
f (x) fx ф х; функция x
f ‘(x) f dash x; (первая) производная по x
f»x f двойное тире x; вторая производная от f с относительно х
f » (x) f тройное тире x; f тройное тире x; третья производная f относительно x
f (4) F четыре x; четвертая производная f по x
∂v частная производная от v
∂v
∂θ
дельта v по дельта тета, частная производная от v относительно θ
² v
∂θ ²
дельта два v на дельта тета в квадрате; вторая часть производная от v по θ
дв производная от v
d v
d v на d theta, производную v по тета
d ² v
²
d 2 v на d тета в квадрате, вторая производная от v относительно теты,
интегральный
интеграл от нуля до бесконечности
сумма
сумма от i равна 1 до n
ш.r.t. относительно
журнал e y лог по основанию е из y; войти у в основание е; естественный журнал (из) y
поэтому
потому что
дает, подходит
Δx → 0 дельта x приближается к нулю
lim
Δx → 0
предел, когда дельта x приближается к нулю, предел, когда дельта x стремится к нулю
Лт
Δx → 0
предел, когда дельта x приближается к нулю, предел, когда дельта x стремится к нулю
м / сек метра в секунду
x ∈ A x принадлежит A; x является членом A; x является элементом A
x∉ A x не принадлежит A; x не является членом А; x не является элементом A
А С В A содержится в B; A является правильным подмножеством B
A ⊆ B A содержится в B; A является подмножеством B
A ⋂ B A перекресток B
A ⋃ B A штуцер B
cos x cos x; косинус x
грех x синус x
тан x тангенс x, тангенс x
кодек x косекунд x
sinh x блеск x
цвет x цвет x
tanh x , чем х
| x | mod x; модуль x
18 ℃ восемнадцать градусов по Цельсию
70 ℉ семьдесят градусов по Фаренгейту

CSIR NET Математические науки — учебный план, книги, вопросы

Если вы мечтаете продолжить свою карьеру в области преподавания или исследования после получения диплома по математике, то вы должны сдать экзамен CSIR NET по математике , который проводится дважды в год.

В 2020 году экзамен будет проходить 19, 21 и 26 ноября 2020 года, поскольку он был отложен из-за COVID-19.

В этой статье мы предоставили каждую деталь об экзамене CSIR NET по математике, чтобы держать кандидатов в курсе, а также помочь им в подготовке к экзамену с помощью последней и обновленной программы, схемы экзамена, предыдущих работ, советов по подготовке и т. Д. , продолжайте читать эту статью до конца.

Давайте начнем изучать математику CSIR NET лучше!

Скачать бесплатно CSIR NET Документы за предыдущие годы и лучше понять формат статей по математическим наукам!

Критерии соответствия математике CSIR NET- Кто может появиться?

Чтобы попасть на экзамен по математике CSIR NET 2020, вы должны хорошо знать критерии отбора.

Если кандидат, не отвечающий требованиям, не может участвовать в экзамене.

Чтобы ответить на ваши вопросы о том, имеете ли вы право или нет, прочтите необходимые условия, указанные ниже:

Кандидаты должны иметь диплом об окончании или последипломном образовании по математике с оценками 50% (ST / SC / PWD) или 55% (General / OBC).

Степень может быть любой из следующих —

M.Sc.

Интегрированный BS-MS

BS-4 года

BE / B-Tech

Б-Фарма

Любая эквивалентная степень.

Максимальный возраст для сдачи экзамена — 28 лет.

См. Подробные критерии отбора здесь — Критерии отбора CSIR NET 2020 .

Учебный план по математике и шаблон экзамена CSIR NET

Важно хорошо понимать формат статьи, например, сколько вопросов задается на экзамене и сколько времени отводится кандидатам, чтобы попытаться ответить на эти вопросы и т. Д.

Итак, для этого, пожалуйста, проверьте шаблон экзамена по математике NTA CSIR NET в таблице ниже:

Разделы

№ кв. Дано

№ кв. будет предпринята попытка

Марки

Отр. Маркировка

Продолжительность экзамена

ЧАСТЬ-A

20

15

30

0.5

3 часа

ЧАСТЬ-B

40

25

75

0,75

ЧАСТЬ-C

60

20

95

0

Всего оценок

200

После того, как вы узнали схему экзамена, пришло время проверить полную программу.

Программа

Syllabus — важная вещь для начала подготовки к экзамену.

Получите адекватные знания о темах, которые нужно охватить, из PDF-файла программы CSIR NET Syllabus Mathematics, чтобы вы знали, что выучить на экзамене.

Существует обширная программа для CSIR NET Mathematical Sciences 2020. Таким образом, многие кандидаты должны быть готовы знать важные темы, поскольку большинство из них начинает свою подготовку с этих тем.

Итак, мы составили список важных тем, чтобы не волноваться перед экзаменом во время подготовки.

S.No.

Тема

Масса

1.

Дифференциальные уравнения

от 35 до 40 марок

2.

Интегральное исчисление

от 35 до 40 марок

3.

Вариационное исчисление

19–25 марок

Вы можете проверить всю учебную программу и подробную схему здесь — CSIR NET Syllabus & Exam Pattern .

Загрузите программу CSIR NET по математике в формате PDF бесплатно!

CSIR NET Учебные материалы по математике 2020

В поисках лучших книг для CSIR NET Mathematical Sciences 2020 вы окажетесь среди различных материалов.Но отобрать несколько хороших для подготовки к экзамену будет непростой задачей.

Экзамен не так-то просто пройти квалификацию, вы должны быть очень хорошо подготовлены к этому экзамену, поэтому не идите на компромисс с учебными материалами.

Купите ту, которая предоставит вам правильные знания и рекомендации по разумному освещению каждой темы из учебной программы.

Eduncle, онлайн-коучинг №1 в Индии для сдачи экзамена CSIR NET, поможет вам получить качественный учебный материал.

Соискатели

CSIR NET могут воспользоваться следующими преимуществами обучения в Eduncle —

Полную информацию об учебных материалах онлайн можно найти здесь — Учебные материалы CSIR NET .

CSIR NET Математические вопросы — Загрузить PDF

Разве не удивительно, если вы имеете представление об уровне сложности экзамена и типах вопросов, которые будут заданы на экзамене?

Как видно из CSIR NET Mathematics Previous Papers , уровень сложности вопросов остается очень высоким.Таким образом, кандидатам рекомендуется решить как можно больше заданий по математике CSIR NET.

Это повысит их скорость и точность при решении вопросов по математике CSIR NET, а также даст им точное представление о формате вопросов и схеме выставления оценок.

В приведенной ниже таблице мы упомянули список вопросов CSIR NET по математике в формате PDF.

Вы можете получить их все бесплатно, нажав на кнопку загрузки, расположенную внизу таблицы.

CSIR NET Примеры вопросов по математике PDF — Решите и проанализируйте свою производительность

Ниже мы предлагаем несколько примеров вопросов для CSIR Mathematics 2020, чтобы вы знали об уровне сложности экзаменационной работы.

Совет: Попробуйте решить эти 8 вопросов за минимальное время.

Примеры вопросов 2020

1.Для n ≠ m пусть T1: Rn ≠ Rm и T2: Rm ® Rn — линейное преобразование S.t. T1T2 биективен, тогда?

(A) Ранг (T1) = n, Ранг (T2) = m

(B) Ранг (T1) = m, Ранг (T2) = n

(C) Ранг (T1) = n, Ранг ( T2) = n

(D) Ранг (T1) = m, Ранг (T2) = m

2. Пусть g (x) будет разложением Маклорена sin 2x. Если sin 2x аппроксимируется с помощью g (x) так, что ошибка не превосходит × 10–4 для 0 £ x £, то минимальное значение no. ненулевых членов в g (x) есть?

(А) 2

(В) 3

(В) 4

(Г) 5

3.Рассмотрим следующие подмножества R?

(A) Оба E и F закрыты

(B) E закрыто, а F не закрыто

(C) E не закрыто, а F закрыто

(D) Ни E, ни F не закрыты.

4. Пусть A и B — произвольные квадратные матрицы порядка 3. Тогда AB и BA имеют?

(A) одинаковые собственные значения и одинаковые собственные векторы

(B) одинаковые собственные значения, но могут быть разные собственные векторы

(C) разные собственные значения, но одинаковые собственные векторы

(D) разные собственные значения и разные собственные векторы

5.Пусть an = для n Î N. Тогда последовательность {an} равна?

(A) Сходящаяся

(B) Ограниченная, но не сходящаяся

(C) Расходящаяся до

иен

(D) Ни ограниченная, ни расходящаяся до

иен
6. Пусть V — векторное пространство всех полиномов с действительным коэффициентом. Если W — векторное подпространство в V, порожденное 1 — x, x2– x, x2 — 1 и x2 — 3x + 2, то размерность W равна?

(А) 1

(В) 2

(В) 3

(Г) 4

7.Нет. элементов порядка 5 в группе Z25Å Z5 составляет?

(А) 5

(В) 10

(В) 24

(Г) 25

8. Пусть f (x) = x2 + 1, g (x) = x3 + x2 + 1 и h (x) = x4 + x2 + 1. Тогда?

(A) f (x) и g (x) приводимы по z2

(B) g (x) и h (x) неприводимы по z2

(C) f (x) и h (x) приводимы по z2

(D) f (x), g (x) и h (x) приводимы по z2

Вышеупомянутые общие вопросы предназначены только для демонстрационных целей.Если вы хотите получить полную статью, тогда Щелкните здесь и загрузите больше таких материалов вопросов CSIR NET по математическим наукам бесплатно!

Получите материалы Eduncle Study для предстоящего экзамена CSIR NET, которому доверяют более 3000 отобранных студентов. Присоединяйтесь !!

Как подготовиться к экзамену по математике в CSIR NET?

Как и все другие соискатели, вы можете столкнуться с тревогой перед экзаменом и думать о том, сдадите ли вы экзамен или нет.

Обладая сильным желанием знать, как сдать экзамен, вы можете почувствовать, что упускаете что-то, чему нужно научиться, и должно быть что-то другое, что вы могли бы сделать, чтобы набрать больше очков в своей оценочной карточке.

Чтобы избавить вас от всех забот и тревог, вызванных во время экзаменов, мы разработали идеальный план обучения CSIR NET и советы по подготовке.

Пожалуйста, проверьте ниже —

Дополнительные советы вы можете найти здесь — Советы по подготовке CSIR NET

CSIR NET Математические науки — полное карьерное путешествие

Карьерный путь в CSIR NET по математическим наукам начинается с подачи онлайн-заявки.

После подачи кандидаты должны подготовиться к сдаче экзамена.

Те, кто соответствует требованиям для сдачи экзамена JRF, будут иметь право проводить исследования в любой из лабораторий CSIR, а те, кто соответствует требованиям для сдачи экзамена на доцент, будут наняты в качестве лекторов для обучения студентов университетского уровня.

Помимо этого, кандидаты также могут поступить на программы PhD, чтобы добавить докторские или пост-докторские степени.

После прохождения экзамена есть много других вариантов.Вы можете проверить все варианты карьеры здесь — CSIR NET Career Scope .

Помимо этого, кандидаты также получают возможность повысить квалификацию за счет следующих профессиональных качеств —

Творчество — Открытие новых и простых альтернатив поиска решения проблемы.

Разработка — Разработка математических моделей и методов для быстрого получения результатов.

Обучение — Шлюз для изучения новых концепций и обработки информации о математике и статистике CSIR.

Исследования — Совершайте новые открытия в области математики и формулируйте новые вопросы. Изучение новых измерений и исследования в области математики.

Решение проблем — Возможность разбивать проблемы на части и решать их простейшими методами.

Скачать бесплатно CSIR NET 2020 Model Paper

Часто задаваемые вопросы по математике в CSIR NET

Ниже вы можете проверить и прочитать ответы на наиболее часто задаваемые вопросы об экзамене CSIR NET по математическим наукам:

Вопрос.1 — Как я могу подготовиться к математике CSIR NET?

Ans — В этой статье мы уже давали советы по подготовке к экзамену по математике в CSIR NET. Вы можете проверить советы, прокрутив статью вверх.

Вопрос. 2 — Какая книга лучше всего подходит для математики CSIR NET?

Ans — Вместо того, чтобы покупать несколько книг, вы можете перейти на онлайн-версию CSIR NET Учебные материалы по математическим наукам , которые охватывают всю программу экзамена и также сэкономят ваши деньги.

Вопрос. 3 — Как я могу получить контрольную работу CSIR NET Math 18 июня?

Ans — Вы можете скачать CSIR NET по математическим наукам Вопросные документы здесь.

Вопрос. 4 — Когда придет результат CSIR NET Math?

Ans — Результат CSIR NET по математическим наукам будет объявлен через 1 месяц после экзамена.

Вопрос.5 — Что мне нужно: онлайн-коучинг или офлайн-коучинг для CSIR NET Mathematical Sciences 2020?

Ans — Вместо того, чтобы посещать уроки офлайн-коучинга, вы можете подготовиться к экзамену с помощью онлайн-коучинга. Это сэкономит вам много времени и денег.

Получите бесплатный образец материалов для исследования CSIR NET, разработанный экспертами

Выше мы поделились максимальными знаниями и руководством по экзамену по математическим наукам CSIR NET.

Тем не менее, если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, оставьте свои сообщения в поле для комментариев ниже, и ваши сомнения разрешатся. Наша команда постарается ответить вам как можно скорее.

Если у вас есть какие-либо вопросы по математическим наукам, которым необходимо уделить приоритетное внимание, вы можете задать их с помощью приложения Eduncle, которое является учебным сообществом №1 в Индии для CSIR NET. Здесь вы получите решение сомнений от национальных экспертов по экзаменам. Чтобы задать вопрос, скачайте Eduncle App .

4 Важные направления в математических науках | Математические науки в 2025 году

все эти компоненты. Эти действия имеют решающее значение для экономического роста, национальной конкурентоспособности и национальной безопасности. Это открытие имеет разветвления как для характера, так и для масштабов финансирования математических наук и образования в области математических наук.

Заключение 4-2: Математические науки имеют прекрасную возможность укрепить свою роль в качестве стержня исследований и технологий двадцать первого века, сохраняя при этом прочность ядра, которое является жизненно важным элементом экосистемы математических наук и имеет важное значение для его будущее.Предприятие качественно отличается от того, что преобладало во второй половине двадцатого века, и возникает другая модель — дисциплина с гораздо более широким охватом и большим потенциальным воздействием. Сообщество добивается больших успехов в рамках этой новой модели, о чем говорится в этом отчете. Но ценность математических наук для науки и техники в целом и для нации повысится за счет увеличения числа ученых-математиков, обладающих следующими характеристиками:

Они обладают знаниями в широком диапазоне дисциплин, выходящих за рамки их собственной области (областей) знаний;

Они хорошо общаются с исследователями других дисциплин;

Они понимают роль математических наук в более широком мире науки, техники, медицины, обороны и бизнеса; и

У них есть некоторый опыт вычислений.

Ни в коем случае не обязательно и даже не желательно, чтобы все ученые-математики проявляли эти характеристики, но сообщество должно работать над увеличением доли, которая проявляется.

Чтобы двигаться в этих направлениях, необходимо обратить внимание на следующее:

• Культура математических наук должна развиваться так, чтобы способствовать развитию характеристик, перечисленных в Заключении 4-2.

• Образование будущих поколений ученых-математиков и всех, кто изучает курсовую работу по математическим наукам в рамках своей подготовки к естествознанию, инженерии и преподавательской карьере, должно быть переоценено в свете возникающего взаимодействия между математическими науками и многими другими дисциплинами. .

• Учреждения, например, механизмы финансирования и системы вознаграждения — должны быть скорректированы, чтобы позволить междисциплинарную карьеру, когда это уместно.

• Ожидания и системы вознаграждения на кафедрах академической математики и статистики должны быть скорректированы таким образом, чтобы поощрять

Решайте неравенства с помощью программы «Пошаговое решение математических задач»


Введите уравнение вместе с переменной, для которой вы хотите его решить, и нажмите кнопку «Решить».

В этой главе мы разработаем определенные методы, которые помогут решить проблемы, сформулированные на словах. Эти методы включают переписывание задач в виде символов. Например, заявленная проблема

«Найдите число, которое при добавлении к 3 дает 7»

можно записать как:

3+? = 7, 3 + n = 7, 3 + x = 1

и так далее, где символы?, N и x представляют число, которое мы хотим найти. Мы называем такие сокращенные версии поставленных задач уравнениями или символическими предложениями.Такие уравнения, как x + 3 = 7, являются уравнениями первой степени, поскольку переменная имеет показатель степени 1. Члены слева от знака равенства составляют левую часть уравнения; те, что справа, составляют правую часть. Таким образом, в уравнении x + 3 = 7 левый член равен x + 3, а правый член равен 7.

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ

Уравнения могут быть истинными или ложными, так же как словесные предложения могут быть истинными или ложными. Уравнение:

3 + х = 7

будет ложным, если вместо переменной подставлено любое число, кроме 4.Значение переменной, для которой верно уравнение (4 в этом примере), называется решением уравнения. Мы можем определить, является ли данное число решением данного уравнения, подставив число вместо переменной и определив истинность или ложность результата.

Пример 1 Определите, является ли значение 3 решением уравнения

4x — 2 = 3x + 1

Решение Мы заменяем значение 3 на x в уравнении и смотрим, равен ли левый член правому члену.

4 (3) — 2 = 3 (3) + 1

12 — 2 = 9 + 1

10 = 10

Отв. 3 — это решение.

Уравнения первой степени, которые мы рассматриваем в этой главе, имеют не более одного решения. Решения многих таких уравнений можно определить путем осмотра.

Пример 2 Найдите решение каждого уравнения путем осмотра.

а. х + 5 = 12
б. 4 · х = -20

Решения а. 7 — решение, так как 7 + 5 = 12.
b. -5 — это решение, поскольку 4 (-5) = -20.

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВОЙСТВ СЛОЖЕНИЯ И ВЫЧИТАНИЯ

В разделе 3.1 мы решили путем проверки несколько простых уравнений первой степени. Однако решения большинства уравнений не сразу видны при осмотре. Следовательно, нам нужны некоторые математические «инструменты» для решения уравнений.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ УРАВНЕНИЯ

Эквивалентные уравнения — это уравнения, которые имеют идентичные решения. Таким образом,

3x + 3 = x + 13, 3x = x + 10, 2x = 10 и x = 5

являются эквивалентными уравнениями, потому что 5 — единственное решение каждого из них.Обратите внимание, что в уравнении 3x + 3 = x + 13 решение 5 не очевидно при осмотре, но в уравнении x = 5 решение 5 очевидно при осмотре. Решая любое уравнение, мы преобразуем данное уравнение, решение которого может быть неочевидным, в эквивалентное уравнение, решение которого легко заметить.

Следующее свойство, иногда называемое свойством сложения-вычитания , является одним из способов создания эквивалентных уравнений.

Если к обоим элементам прибавляется или вычитается одинаковое количество уравнения, полученное уравнение эквивалентно исходному уравнение.

в символах,

a — b, a + c = b + c и a — c = b — c

— эквивалентные уравнения.

Пример 1 Напишите уравнение, эквивалентное

х + 3 = 7

путем вычитания 3 из каждого члена.

Решение Если вычесть 3 из каждого члена, получим

х + 3 — 3 = 7 — 3

или

х = 4

Обратите внимание, что x + 3 = 7 и x = 4 являются эквивалентными уравнениями, поскольку решение одинаково для обоих, а именно 4.В следующем примере показано, как мы можем генерировать эквивалентные уравнения, сначала упростив один или оба члена уравнения.

Пример 2 Напишите уравнение, эквивалентное

4x- 2-3x = 4 + 6

, объединив одинаковые термины, а затем добавив по 2 к каждому члену.

Объединение одинаковых терминов дает

х — 2 = 10

Добавление 2 к каждому члену дает

х-2 + 2 = 10 + 2

х = 12

Чтобы решить уравнение, мы используем свойство сложения-вычитания, чтобы преобразовать данное уравнение в эквивалентное уравнение вида x = a, из которого мы можем найти решение путем проверки.

Пример 3 Решить 2x + 1 = x — 2.

Мы хотим получить эквивалентное уравнение, в котором все члены, содержащие x, находятся в одном члене, а все члены, не содержащие x, — в другом. Если мы сначала добавим -1 (или вычтем 1 из) каждого члена, мы получим

2x + 1- 1 = x — 2-1

2x = х — 3

Если мы теперь добавим -x (или вычтем x из) каждого члена, мы получим

2x-x = x — 3 — x

х = -3

, где решение -3 очевидно.

Решением исходного уравнения является число -3; однако ответ часто отображается в виде уравнения x = -3.

Поскольку каждое уравнение, полученное в процессе, эквивалентно исходному уравнению, -3 также является решением 2x + 1 = x — 2. В приведенном выше примере мы можем проверить решение, подставив — 3 вместо x в исходном уравнении.

2 (-3) + 1 = (-3) — 2

-5 = -5

Симметричное свойство равенства также помогает при решении уравнений. В этом объекте указано

Если a = b, то b = a

Это позволяет нам менять местами члены уравнения, когда захотим, не беспокоясь о каких-либо изменениях знака.Таким образом,

Если 4 = x + 2, то x + 2 = 4

Если x + 3 = 2x — 5, то 2x — 5 = x + 3

Если d = rt, то rt = d

Может быть несколько разных способов применить свойство сложения, указанное выше. Иногда один метод лучше другого, а в некоторых случаях также полезно симметричное свойство равенства.

Пример 4 Решите 2x = 3x — 9. (1)

Решение Если мы сначала добавим -3x к каждому члену, мы получим

2x — 3x = 3x — 9 — 3x

-x = -9

, где переменная имеет отрицательный коэффициент.Хотя при осмотре мы можем видеть, что решение равно 9, поскольку — (9) = -9, мы можем избежать отрицательного коэффициента, добавив -2x и +9 к каждому члену уравнения (1). В этом случае получаем

2x-2x + 9 = 3x- 9-2x + 9

9 = х

, из которого решение 9 очевидно. При желании мы можем записать последнее уравнение как x = 9 по симметричному свойству равенства.

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВОЙСТВА DIVISION

Рассмотрим уравнение

3x = 12

Решение этого уравнения — 4.Также обратите внимание, что если мы разделим каждый член уравнения на 3, мы получим уравнения

, решение которого также равно 4. В общем, у нас есть следующее свойство, которое иногда называют свойством деления.

Если оба члена уравнения делятся на одно и то же (ненулевое) количество, полученное уравнение эквивалентно исходному уравнению.

в символах,

— эквивалентные уравнения.

Пример 1 Напишите уравнение, эквивалентное

-4x = 12

, разделив каждый член на -4.

Решение Если разделить оба элемента на -4, получим

При решении уравнений мы используем указанное выше свойство для создания эквивалентных уравнений, в которых переменная имеет коэффициент 1.

Пример 2 Решите 3y + 2y = 20.

Сначала мы объединяем похожие термины, чтобы получить

5лет = 20

Затем, разделив каждый член на 5, получим

В следующем примере мы используем свойство сложения-вычитания и свойство деления для решения уравнения.

Пример 3 Решить 4x + 7 = x — 2.

Решение

Сначала мы добавляем -x и -7 к каждому члену, чтобы получить

4x + 7 — x — 7 = x — 2 — x — 1

Далее, объединяя похожие термины, получаем

3x = -9

Наконец, мы разделим каждый член на 3, чтобы получить

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ С СВОЙСТВОМ УМНОЖЕНИЯ

Рассмотрим уравнение

Решение этого уравнения — 12. Также обратите внимание, что если мы умножим каждый член уравнения на 4, мы получим уравнения

, решение которого также равно 12.В общем, мы имеем следующее свойство, которое иногда называют свойством умножения.

Если оба члена уравнения умножаются на одну и ту же ненулевую величину, полученное уравнение эквивалентно исходному уравнению.

в символах,

a = b и a · c = b · c (c ≠ 0)

— эквивалентные уравнения.

Пример 1 Запишите эквивалентное уравнение для

путем умножения каждого члена на 6.

Решение Умножение каждого члена на 6 дает

При решении уравнений мы используем указанное выше свойство для создания эквивалентных уравнений, не содержащих дробей.

Пример 2 Решить

Решение

Сначала умножьте каждый член на 5, чтобы получить

Теперь разделите каждый член на 3,

Пример 3 Решить.

Решение Во-первых, упростите над дробной чертой, чтобы получить

Затем умножьте каждый член на 3, чтобы получить

Наконец, разделив каждого члена на 5, получим

ДАЛЬНЕЙШИЕ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ

Теперь мы знаем все методы, необходимые для решения большинства уравнений первой степени.Не существует определенного порядка, в котором следует применять свойства. Может оказаться подходящим любой один или несколько из следующих шагов, перечисленных на странице 102.

Шаги по решению уравнений первой степени:

  1. Объедините одинаковые члены в каждом члене уравнения.
  2. Используя свойство сложения или вычитания, запишите уравнение со всеми членами, содержащими неизвестное в одном члене, и всеми членами, не содержащими неизвестное в другом.
  3. Объедините одинаковые термины в каждом элементе.
  4. Используйте свойство умножения для удаления дробей.
  5. Используйте свойство деления, чтобы получить коэффициент 1 для переменной.

Пример 1 Решите 5x — 7 = 2x — 4x + 14.

Решение Сначала мы объединяем одинаковые термины, 2x — 4x, чтобы получить

5x — 7 = -2x + 14

Затем мы добавляем + 2x и +7 к каждому члену и объединяем похожие термины, чтобы получить

5x — 7 + 2x + 7 = -2x + 14 + 2x + 1

7x = 21

Наконец, мы разделим каждый член на 7, чтобы получить

В следующем примере мы упрощаем над дробной чертой перед применением свойств, которые мы изучали.

Пример 2 Решить

Решение

Сначала мы объединяем одинаковые термины, 4x — 2x, чтобы получить

Затем мы добавляем -3 к каждому члену и упрощаем

Затем мы умножаем каждый член на 3, чтобы получить

Наконец, мы делим каждый член на 2, чтобы получить

РЕШЕНИЕ ФОРМУЛ

Уравнения, в которых используются переменные для измерения двух или более физических величин, называются формулами. Мы можем найти любую одну из переменных в формуле, если известны значения других переменных.Мы подставляем известные значения в формулу и решаем неизвестную переменную методами, которые мы использовали в предыдущих разделах.

Пример 1 В формуле d = rt найти t, если d = 24 и r = 3.

Решение Мы можем найти t, заменив 24 на d и 3 на r. То есть

d = RT

(24) = (3) т

8 = т

Часто бывает необходимо решить формулы или уравнения, в которых есть более одной переменной для одной из переменных в терминах других.Мы используем те же методы, которые продемонстрированы в предыдущих разделах.

Пример 2 В формуле d = rt найдите t через r и d.

Решение Мы можем решить для t в терминах r и d, разделив оба члена на r, чтобы получить

из которых по закону симметрии

В приведенном выше примере мы решили для t, применив свойство деления для создания эквивалентного уравнения. Иногда необходимо применить более одного такого свойства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Theme: Overlay by Kaira Extra Text
Cape Town, South Africa