Математика и современный мир

3. Что такое математический язык?

Всякое точное объяснение того или иного явления - математично и, наоборот, все, что точно - математика. Любое же точное описание - это описание на соответствующем математическом языке. Классический трактат Ньютона "Математические начала натуральной философии", произведший переворот во всей математике, по существу является учебником грамматики разгаданного им "языка Природы", дифференциального исчисления, вместе с рассказом о том, что ему удалось у нее в результате услышать. Естественно, что он смог разобрать только смысл ее самых простых фраз. Последующие поколения математиков и физиков, постоянно совершенствуясь в этом языке, постигали все более и более сложные выражения, потом несложные четверостишия, поэмы... Соответственно, печатались расширенные и дополненные версии Ньютоновской грамматики.

История математики знает две великие революции, каждая из которых полностью меняла её облик и внутреннее содержание. Их движущей силой была "невозможность жить по старому", т.е. невозможность адекватно интерпретировать актуальные проблемы точного естествознания на языке существующей математики. Первая из них связана с именем Декарта, вторая с именами Ньютона и Лейбница, хотя, конечно же, они отнюдь не сводятся только к этим великим именам. По словам Гиббса, математика - это язык, и сутью этих революций была глобальная перестройка всей математики на новой языковой основе. В итоге первой революции, языком всей математики стал язык коммутативной алгебры, вторая же заставила её говорить языком дифференциального исчисления.

Математики отличаются от "нематематиков" тем что, обсуждая научные проблемы или решая практические задачи, говорят между собой и пишут работы на особом "математическом языке" - языке специальных символов, формул и т.п.

Дело в том, что на математическом языке многие утверждения выглядят яснее и прозрачнее, чем на обычном. Например, на обычном языке говорят: "От перемены мест слагаемых сумма не меняется" - так звучит переместительный закон сложения чисел. Математик пишет (или говорит): a + b = b + a

А выражение: "Путь S, пройденный телом со скоростью V за период времени от начала движения t н до конечного момента t к " запишут так: S = V · (t к - t н)

Или такую фразу из физики: "Сила равна произведению массы на ускорение" запишут: F = m · a

Он переводит высказанное утверждение на математический язык, в котором используются разные числа, буквы (переменные), знаки арифметических действий и иные символы. Все эти записи экономны, наглядны и удобны для применения.

Возьмем другой пример. На обычном языке говорят: "Чтобы сложить две обыкновенные дроби с одинаковыми знаменателями, нужно сложить их числители и записать в числителе дроби, а знаменатель оставить тот же без изменения и записать в знаменатель". Математик осуществляет "синхронный перевод" на свой язык:

А вот пример обратного перевода. На математическом языке записан распределительный закон: a (b + c) = ab + ac

Осуществляя перевод на обычный язык, получим длинное предложение: "Чтобы умножить число a на сумму чисел b и c, надо число a умножить поочередно на каждое слагаемое: b, потом c, и полученные произведения сложить".

Во всяком языке есть своя письменная и устная речь. Выше мы говорили о письменной речи в математике. А устная речь - это употребление специальных терминов или словосочетаний, например: "слагаемое", "произведение", "уравнение", "неравенство", "функция", "график функции", "координата точки", "система координат" и т.п., а также различные математические утверждения, выраженные словами: "Число а делится на 2 тогда и только тогда, когда оканчивается на 0 или четную цифру".

Говорят, что культурный человек, кроме родного языка должен владеть ещё хотя бы одним иностранным языком. Это верно, но требует дополнения: культурный человек должен ещё уметь говорить, писать и думать и на математическом языке, поскольку это тот язык, на котором, как мы не раз уже убеждались, "говорит" окружающая действительность. Чтобы овладеть новым языком, необходимо изучить, как говорят, его алфавит, синтаксис и семантику, т.е. правила написания и смысл, заложенный в написанном. И, конечно же, в результате такого изучения представления о математическом языке и предмете будут постоянно расширяться.

Алгоритм Дейкстры

ТЕОРИЯ ГРАФОВ - это область дискретной математики, особенностью которой является геометрический подход к изучению объектов. Основной объект теории графов-граф и его обобщения...

Выдающиеся люди статистики. П.Л. Чебышев

Наибольшее число работ Чебышева посвящено математическому анализу. В диссертации 1847 на право чтения лекций Чебышев исследует интегрируемость некоторых иррациональных выражений в алгебраических функциях и логарифмах...

История развития математики

Основатели современной науки - Коперник, Кеплер, Галилей и Ньютон - подходили к исследованию природы как математики. Исследуя движение, математики выработали такое фундаментальное понятие, как функция, или отношение между переменными...

Логика на словах

Предикатная сигнатура - это множество символов двух типов - объектные константы и предикатные константы - с неотрицательным целым числом, называемым арностью, назначенным каждой предикатной константе...

Минимакс и многокритериальная оптимизация

Прежде чем мы начнем рассматривать саму задачу оптимизации, договоримся, каким математическим аппаратом будем пользоваться. Для решения задач с одним критерием достаточно уметь работать с функцией одной переменной...

Особенности языка математики

Представляя собой тип формального знания, математика занимает особое место в отношении наук фактуального профиля. Она оказывается хорошо приспособленной для количественной обработки любой научной информации, независимо от ее содержания...

Особенности языка математики

Для описания времени, понимаемого как время жизненного мира, время человеческого бытия, наиболее удобен язык феноменологии. Но феноменологическое описание времени и вечности вполне может использовать и математический язык...

Форма высказывания естественного языка Соответствующая формула языка алгебры логики Не А; неверно, что А; А не имеет места А и В; как А, так и В; не только А, но и В; А вместе с В; А, несмотря на В; А в то время как В А*В А, но не В; не В...

Применение аппарата алгебры логики к решению содержательных задач

Переведем на язык алгебры логики следующие высказывания: 1) Если светит солнце, то для того, чтобы не было дождя, достаточно, чтобы дул ветер. Обозначим: Солнечная погода - С Идет дождь - Д Дует ветер - В Обратившись в вышеприведенную таблицу...

Проценты в жизни жителей городского поселения "город Завитинск"

Слово «процент» имеет латинское происхождение: «pro centum» - «на сто». Часто вместо слова «процент» используют словосочетание «сотая часть числа». Итак, процент - это сотая часть числа...

Симметрия - символ красоты, гармонии и совершенства

"right">О, симметрия! Гимн тебе пою! "right">Тебя повсюду в мире узнаю. "right">Ты в Эйфелевой башне, в малой мошке, "right">Ты в елочке, что у лесной дорожки. "right">С тобою в дружбе и тюльпан, и роза...

Один из наиболее принципиальных моментов нестандартного анализа состоит в том, что бесконечно малые рассматриваются не как переменные величины, а как величины постоянные. Достаточно раскрыть любой учебник физики...

Спектр оператора. Применение нестандартного анализа для исследования резольвенты и спектра оператора

Гипердействительные числа можно рассматривать как классы последовательностей обыкновенных действительных чисел. Рассмотрим способ построения классов...

В языке все подчиняется строгим правилам, нередко похожим на математические Напри мер, отношения между фонемами напоминают математические пропорции в русском языке [б] так относится к [п], как [д] к [т] (см Артикуляционная классификация звуков) По трем членам такой «пропорции» можно «вы числить» четвертый Точно так же по одной форме слова удается обычно «вычислить» остальные его формы, если известны все формы каких либо других «похожих» слов, такие «вы числения» постоянно производят детн, когда учатся говорить (см Аналогия в грамматике) Именно благодаря своим строгим правилам язык может служить средством общения если бы их не было, людям трудно было бы понимать друг друга

Сходство этих правил с математическими объясняется тем, что математика произошла в конечном счете нз языка и сама представляет собой особого рода язык для описания колн чественных отношений н взаимного располо жения предметов Такие языки, специально предназначенные для описания каких то от дельных «частей» или сторон действительности, называют специализированными в отличне от универсальных, на которых можно говорить о чем угодно Люди создали много специали зированных языков, например систему дорож ных знаков, язык химических формул, нотную запись музыки Но среди всех этих языков математический язык ближе всего к универ сальным, потому что отношения, которые выражаются с его помощью, встречаются повсюду - ив природе, и в человеческой жиз ни, и притом это самые простые и самые важ ные отношения (больше, меньше, ближе, дальше, внутри, вне, между, непосредственно следует и т п), по образцу которых люди на учились говорить и о других, более сложных

Многие математические выражения напо минают по своему строению предложения обыч ного, естественного языка Например, в таких выражениях, как 2 < 3 или 2 + 3=5, знаки < и = играют такую же роль, как глагол (сказуемое) в предложениях естественною языка, а роль знаков 2, 3, 5 похожа на роль существительного (подлежащего) Но особен но похожи на предложения естественного язы ка формулы математической логики - наукн, в которой изучается строение точных рассуж дений, в первую очередь математических, н при этом используются математические же методы Наука эта сравнительно молода она возникла в XIX в и бурно развивалась в течение первой половины XX в Примерно в то же время воз никла и развилась абстрактная алгебра - ма тематическая наука, изучающая всевозможные отношения и всевозможные действия, которые можно производить над чем угодно (а не только над числами и многочленами, как в элементарной алгебре, которую изучают в школе)

С развитием этих двух наук, а также некото рых других, тесно связанных с ними разделов математики стало возможным применение математических средств для исследования строения естественных языков, и начиная с середины нынешнего столетня математические средства действительно применяются для этой цели Готовых методов, пригодных для линг вистических приложений, в математике не было, нх пришлось создать заново, н образцом для них послужили прежде всего методы ма тематической логики и абстрактной алгебры Так возникла новая наука - математическая лингвистика И хотя это математическая дис циплина, разрабатываемые ею понятия и ме тоды находят применение в языкознании н играют в нем все большую роль, становясь постепенно одним из его главных инструмен тов

Для чего же используются в языкознании математические средства? Язык можно пред ставить себе как своеобразный механизм, с помощью которого говорящий преобразует имеющиеся в его мозгу «смыслы» (т е свои мыслн, чувства, желания н т п) в «тексты» (т е цепочки звуков или письменных знаков), а затем преобразует «тексты» обратно в «смыс лы» Эти-то преобразования удобно изучать математически Для нх изучения служат фор мальные грамматики - сложные математи ческне системы, совсем не похожие на обычные грамматики, чтобы но настоящему понять, как они устроены, и научиться нми пользовать ся, желательно сначала познакомиться с мате матической логикой Но среди применяемых в языкознании математических методов есть н довольно простые, например различные спо собы точного описания синтаксического строе ния предложения с помощью графов

Графом в математике называют фигуру, состоящую из точек - их называют узлами графа, - соединенных стрелками Графами пользуются в самых разных науках (н не толь ко в науках), причем роль узлов могут играть какие угодно «предметы», например, родословное дерево - это граф, узлы которого - люди. При использовании графов для описания строения предложения проще всего брать в качестве узлов слова и проводить стрелки от подчиняющих слов к подчиненным. Например, для предложения Волга впадает в Каспийское море получаем такой граф:

Волга впадает в Каспийское море.

В формальных грамматиках принято считать, что сказуемое подчиняет себе не только все дополнения и обстоятельства, если они есть, но и подлежащее, потому что сказуемое - «смысловой центр» предложения: все предложение в целом описывает некоторую «ситуацию», и сказуемое, как правило, есть имя этой ситуации, а подлежащее и дополнения - имена ее «участников». Например, предложение Иван купил у Петра корову за сто рублей описывает ситуацию «покупки» с четырьмя участниками - покупателем, продавцом, товаром и ценой, а предложение Волга впадает в Каспийское море - ситуацию «впадения» с двумя участниками. Считают, кроме того, что существительное подчинено предлогу, потому что глагол управляет существительным через предлог. Уже такое простое математическое представление, казалось бы немного добавляющее к обычному, «школьному» разбору предложения, позволяет подметить н точно сформулировать много важных закономерностей.

Оказалось, что для предложений без однородных членов и не сложносочиненных построенные таким образом графы являются деревьями. Деревом в теории графов называют такой граф, в котором: 1) существует узел, н притом только один - называемый корнем,- в который не входит нн одна стрелка (в дереве предложения корнем, как правило, служит сказуемое); 2) в каждый узел кроме корня входит ровно одна стрелка; 3) невозможно, двигаясь из какого-нибудь узла в направлении стрелок, вернуться в этот узел. Деревья, построенные для предложений так, как сделано в примере, называются деревьями синтаксического подчинения. От вида дерева синтаксического подчинения зависят некоторые стилистические особенности предложения. В предложениях так называемого нейтрального стиля (см. Функциональные стили языка) соблюдается, как правило, закон проективности, состоящий в том, что если в дереве синтаксического подчинения все стрелки проведены сверху от той прямой, на которой записано предложение, то никакие две из них не пересекаются (точнее - можно провести их так, чтобы никакие две не пересекались) и ни одна стрелка не проходит над корнем. За исключением небольшого числа особых случаев, когда в предложении имеются некоторые специальные Ьлова н словосочетания (например, сложные формы глаголов: Здесь будут играть дети), несоблюдение закона проективности в предложении нейтрального стнля - верный признак недостаточной грамотности:

«Собрание обсудило выдвинутые предложения Сидоровым».

В языке художественной литературы, особенно в поэзин, нарушения закона проективности допустимы; там онн чаще всего придают предложению какую-либо особую стилистическую окраску, например торжественности, приподнятости:

Еще одно последнее сказанье

И летопись окончена моя.

(А.С. Пушкин)

или, наоборот, непринужденность, разговорность:

Какой-то Повар, грамотей, С поварни побежал своей В кабак (он набожных был правил)

(И.А. Крылов)

Стилистическая окраска предложения связана также С наличием в дереве синтаксического подчинения гнезд - последовательностей стрелок, вложенных друг в друга и не имеющих общих концов (число стрелок, образующих гнездо, называется его глубиной). Предложение, у которого дерево содержит гнезда, ощущается как громоздкое, тяжеловесное, причем глубина гнезда может служить «мерой громоздкости». Сравним, например, предложения:

Приехал собирающий нужные для новой книги сведения писатель (в дереве которого есть гнезда глубины 3) и

Приехал писатель, сооирающии сведения, нужные для новой книги (в дереве которого нет гнезд, точнее - нет гнезд глубины, большей 1).

Исследование особенностей деревьев синтаксического подчинения может дать много интересного для изучения индивидуального стиля писателей (например, нарушения проективности встречаются у А. С. Пушкина реже, чем у И. А. Крылова).

С помощью деревьев синтаксического подчинения изучают синтаксическую омонимию - явление, состоящее в том, что предложение или словосочетание имеет два разных смысла - или больше, - но не за счет многозначности входящих в него слов, а за счет различий в синтаксическом строении. Например, предложение Школьники из Костромы поехали в Ярославль может означать либо «костромские школьники поехали откуда-то (не обязательно из Костромы) в Ярославль», либо «какие-то (не обязательно костромские) школьники поехали из Костромы в Ярославль». Первому смыслу отвечает дерево Школьники из Костромы поехали в Ярославль, второму - Школьники из Костромы поехали в Ярославль.

Существуют и другие способы представления синтаксического строения предложения с помощью графов. Если представить его строение с помощью дерева, составляющими узлами будут служить словосочетания и слова; стрелки проводятся от более крупных словосочетаний к содержащимся в них более мелким и от словосочетаний к содержащимся в них словам.

Применение точных математических методов дает возможность, с одной стороны, глубже проникнуть в содержание «старых» понятий языкознания, с другой - исследовать язык в новых направлениях, которые прежде трудно было бы даже наметить.

Математические методы исследования языка важны не только для теоретического языкозна ния, но и для прикладных лингвистических за дач, в особенности для тех, которые связаны с автоматизацией отдельных языковых процессов (см Перевод автоматический), автоматическим поиском научных и технических книг и статей по заданной теме и т. п. Технической базой для решения этих задач служат электронные вычислительные машины. Чтобы решит! какую-либо задачу на такой^ машине, нужно сначала составить программу, четко н недвусмысленно определяющую порядок работы машины, а для составления программы необходимо представить исходные данные в ясном и точном виде. В частности, для составления программ, с помощью которых решаются лингвистические задачи, необходимо точное описание языка (или хотя бы тех его сторон, которые важны для данной задачи) - н именно математические методы дают возможность построить такое описание

Не только естественные, но и искусственные языки (см Искусственные языки) можно исследовать с помощью средств, разрабатываемых математической лингвистикой. Некоторые искусственные языки можно этими средствами описывать полностью, что не удается и, надо полагать, никогда не удастся для естественных языков, устроенных несравненно сложнее. В частности, формальные грамматики используются при построении, описании и анализе входных языков вычислительных машин, на которых записывается вводимая в машину информация, и при решении многих других задач, связанных с так называемым общением между человеком и машиной (все этн задачи сводятся к разработке некоторых искусственных языков)

Уходят в прошлое времена, когда языковед мог обходиться без знания математики С каждым годом эта древняя наука, соединяющая в себе черты наук естественных и гуманитарных, становится все более необходимой ученым, занимающимся теоретическим исследованием языка и практическим применением результатов этого исследования. Поэтому в наше время каждый школьник, который хочет основательно познакомиться с языкознанием или собирается сам заниматься им в будущем, должен уделять изучению математики самое серьезное внимание.

>>Математика: Что такое математический язык

Что такое математический язык

Математики отличаются от «нематематиков» тем, что, обсуждая научные проблемы, говорят друг с другом и пишут на особом «математическом языке». Дело в том, что на математическом языке многие утверждения выглядят яснее и прозрачнее, чем на обычном.

Например, на обычном языке говорят: «От перемены мест слагаемых сумма не меняется». Слыша это, математик пишет (или говорит):

a + b = b + a.

Он переводит высказанное утверждение на математический язык, в котором используются разные числа, буквы (переменные), знаки арифметических действий, иные символы. Запись а + b = b + а экономна и удобна для применения.

Возьмем другой пример. На обычном языке говорят: «Чтобы сложить две обыкновенные дроби с одинаковыми знаменателями, нужно сложить их числители, а оставить без изменения». Математик осуществляет «синхронный перевод» на свой язык:

А вот пример обратного перевода. На математическом языке записан распределительный закон:

a(b + c) = ab + ас.

Осуществляя перевод на обычный язык, получим длинное предложение: «Чтобы умножить число а на сумму чисел b и с , надо число а умножить поочередно на каждое слагаемое и полученные произведения сложить».

Во всяком языке есть письменная и устная речь. Выше мы говорили о письменной речи в математическом языке. А устная речь - это употребление специальных терминов, например: «слагаемое», уравнение , «неравенство», «график», «координата», а также различные математические утверждения, выраженные словами.

Говорят, что культурный человек, кроме родного языка, должен владеть хотя бы одним иностранным языком. Это верно, но требует дополнения: культурный человек должен еще уметь говорить, писать, думать и на математическом языке, поскольку это тот язык, на котором, как мы не раз убедимся в дальнейшем, «говорит» окружающая действительность. Этому и будем учиться.

Чтобы овладеть новым языком, необходимо изучить его буквы, слоги, слова, предложения, правила, грамматику. Это не самое веселое занятие, интереснее сразу читать и говорить. Но так не бывает, придется набраться терпения и сначала изучить основы. Такие основы математического языка мы будем изучать с вами в главах 2-5. И, конечно, в результате такого изучения ваши представления о математическом языке будут постепенно расширяться.

А. В. Погорелов, Геометрия для 7-11 классов, Учебник для общеобразовательных учреждений

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Когда люди долгое время взаимодействуют в рамках определенной сферы деятельности, они начинают искать способ оптимизировать процесс коммуникации. Система математических знаков и символов представляет собой искусственный язык, который был разработан, чтобы уменьшить объем графически передаваемой информации и при этом полностью сохранить заложенный в сообщение смысл.

Любой язык требует изучения, и язык математики в этом плане - не исключение. Чтобы понимать значение формул, уравнений и графиков, требуется заранее владеть определенной информацией, разбираться в терминах, системе обозначений и т. д. При отсутствии такого знания текст будет восприниматься как написанный на незнакомом иностранном языке.

В соответствии с запросами общества графические символы для более простых математических операций (например, обозначение сложения и вычитания) были выработаны раньше, чем для сложных понятий наподобие интеграла или дифференциала. Чем сложнее понятие, тем более сложным знаком оно обычно обозначается.

Модели образования графических обозначений

На ранних этапах развития цивилизации люди связывали простейшие математические операции с привычными для них понятиями на основе ассоциаций. Например, в Древнем Египте сложение и вычитание обозначались рисунком идущих ног: направленные по направлению чтения строки они обозначали «плюс», а в обратную сторону - «минус».

Цифры, пожалуй, во всех культурах изначально обозначались соответствующим количеством черточек. Позже для записи стали использоваться условные обозначения - это экономило время, а также место на материальных носителях. Часто в качестве символов использовались буквы: такая стратегия получила распространение в греческом, латинском и многих других языках мира.

История возникновения математических символов и знаков знает два наиболее продуктивных способа образования графических элементов.

Преобразование словесного представления

Изначально любое математическое понятие выражается некоторым словом или словосочетанием и не имеет собственного графического представления (помимо лексического). Однако выполнение расчетов и написание формул словами - процедура длительная и занимающая неоправданно много места на материальном носителе.

Распространенный способ создания математических символов - трансформация лексического представления понятия в графический элемент. Иначе говоря, слово, обозначающее понятие, с течением времени сокращается или преобразуется каким-либо другим способом.

Например, основной гипотезой происхождения знака «плюс» является его сокращение от латинского et , аналогом которого в русском языке является союз «и». Постепенно в скорописи первая буква перестала писаться, а t сократилась до креста.

Другой пример - знак «икс», обозначающий неизвестное, который изначально представлял собой сокращение от арабского слова «нечто». Сходным образом произошли знаки для обозначения квадратного корня, процента, интеграла, логарифма и др. В таблице математических символов и знаков можно встретить более десятка графических элементов, появившихся таким образом.

Назначение произвольного символа

Второй распространенный вариант образования математических знаков и символов - назначение символа произвольным образом. В этом случае слово и графическое обозначение между собой не связаны - знак обычно утверждается в результате рекомендации одного из членов научного сообщества.

Например, знаки умножения, деления, равенства были предложены математиками Уильямом Отредом, Иоганном Раном и Робертом Рекордом. В некоторых случаях несколько математических знаков могли быть введены в науку одним ученым. В частности, Готфрид Вильгельм Лейбниц предложил целый ряд символов, в том числе интеграла, дифференциала, производной.

Простейшие операции

Такие знаки, как «плюс» и «минус», а также символы, обозначающие умножение и деление, знает каждый школьник, несмотря на то, что для последних двух упомянутых операций существует несколько возможных графических знаков.

Можно с уверенностью говорить, что складывать и вычитать люди умели ещё за много тысячелетий до нашей эры, а вот стандартизованные математические знаки и символы, обозначающие данные действия и известные нам сегодня, появились лишь к XIV-XV столетию.

Впрочем, несмотря на установление определенной договоренности в научном сообществе, умножение и в наше время может изображаться тремя различными знаками (диагональный крестик, точка, звёздочка), а деление - двумя (горизонтальная черта с точками сверху и снизу или наклонная черта).

Латинские буквы

На протяжении многих столетий научное сообщество использовало для обмена информацией исключительно латынь, и многие математические термины и знаки обнаруживают свои истоки именно в этом языке. В некоторых случаях графические элементы стали результатом сокращения слов, реже - их намеренного или случайного преобразования (например, вследствие описки).

Обозначение процента («%»), вероятнее всего, происходит от ошибочного написания сокращения cto (cento, т. е. «сотая доля»). Сходным образом произошёл знак «плюс», история которого описана выше.

Гораздо большее было образовано путём намеренного сокращения слова, хотя это не всегда очевидно. Далеко не каждый человек узнает в знаке квадратного корня букву R , т. е. первый знак в слове Radix («корень»). Символ интеграла также представляет собой первую букву слова Summa, однако интуитивно она похожа на прописную f без горизонтальной черты. К слову, в первой публикации издатели совершили именно такую ошибку, напечатав f вместо данного символа.

Греческие буквы

В качестве графических обозначений для различных понятий используются не только латинские, но и В таблице математических символов можно найти целый ряд примеров такого наименования.

Число Пи, представляющее собой отношение длины окружности к её диаметру, произошло от первой буквы греческого слова, обозначающего окружность. Существует ещё несколько менее известных иррациональных чисел, обозначаемых буквами греческого алфавита.

Крайне распространенным знаком в математике является «дельта», отражающая величину изменения значения переменных. Ещё одним употребительным знаком является «сигма», выполняющая функцию знака суммы.

Более того, практически все греческие буквы так или иначе используются в математике. Однако данные математические знаки и символы и их значение знают только люди, занимающиеся наукой профессионально. В быту и повседневной жизни эти знания человеку не требуются.

Знаки логики

Как ни странно, многие интуитивно понятные символы были придуманы совсем недавно.

В частности, горизонтальная стрелка, заменяющая слово «следовательно», была предложена лишь в 1922 года Кванторы существования и всеобщности, т. е. знаки, читающиеся как: «существует…» и «для любого…», были введены в 1897 и 1935 году соответственно.

Символы из области теории множеств были придуманы в 1888-1889 гг. А перечеркнутый круг, который сегодня известен любому учащемуся средней школы как знак пустого множества, появился в 1939 году.

Таким образом, знаки для столь непростых понятий, как интеграл или логарифм, были придуманы на столетия раньше, чем некоторые интуитивно понятные символы, легко воспринимаемые и усваиваемые даже без предварительной подготовки.

Математические символы на английском

Ввиду того, что значительная часть понятий была описана в научных трудах на латыни, ряд названий математических знаков и символов на английском и русском языке одинаковы. Например: Plus («плюс»), Integral («интеграл»), Delta function («дельта-функция»), Perpendicular («перпендикулярный»), Parallel («параллельный»), Null («нуль»).

Часть понятий в двух языках называются различным образом: так, деление - это Division, умножение - Multiplication. В редких случаях английское название для математического знака получает некоторое распространение в русском языке: например, косая черта в последние годы нередко именуется «слешем» (англ. Slash).

Таблица символов

Самый простой и удобный способ ознакомиться с перечнем математических знаков - посмотреть специальную таблицу, в которой содержатся знаки операций, символы математической логики, теории множеств, геометрии, комбинаторики, математического анализа, линейной алгебры. В данной таблице представлены основные математические знаки на английском языке.

Математические знаки в текстовом редакторе

При выполнении различного рода работ зачастую требуется использовать формулы, где употребляются знаки, отсутствующие на клавиатуре компьютера.

Как и графические элементы из практически любой области знаний, математические знаки и символы в «Ворде» можно найти во вкладке «Вставка». В версиях программы 2003 или 2007 года существует опция «Вставка символа»: при нажатии на кнопку в правой части панели пользователь увидит таблицу, в которой представлены все необходимые математические знаки, греческие строчные и прописные буквы, различные виды скобок и многое другое.

В версиях программы, вышедших после 2010 года, разработана более удобная опция. При нажатии на кнопку «Формула» происходит переход в конструктор формул, где предусмотрено использование дробей, занесения данных под корень, смена регистра (для обозначения степеней или порядковых номеров переменных). Здесь же могут быть найдены все знаки из таблицы, представленной выше.

Стоит ли учить математические символы

Система математических обозначений представляет собой искусственный язык, который лишь упрощает процесс записи, но не может принести понимание предмета стороннему наблюдателю. Таким образом, запоминание знаков без изучения терминов, правил, логических связей между понятиями не приведет к овладению данной областью знаний.

Человеческий мозг легко усваивает знаки, буквы и сокращения - математические обозначения запоминаются сами при изучении предмета. Понимание смысла каждого конкретного действия создает настолько прочные что знаки, обозначающие термины, а зачастую и формулы, связанные с ними, остаются в памяти на многие годы и даже десятилетия.

В заключение

Поскольку любой язык, в том числе искусственный, является открытым к изменениям и дополнениям, число математических знаков и символов непременно будет расти с течением времени. Не исключено, что какие-то элементы будут заменены или скорректированы, а другие - стандартизованы в единственно возможном виде, что актуально, например, для знаков умножения или деления.

Умение пользоваться математическими символами на уровне полного школьного курса является в современном мире практически необходимым. В условиях бурного развития информационных технологий и науки, повсеместной алгоритмизации и автоматизации владение математическим аппаратом следует воспринимать как данность, а освоение математических символов - как неотъемлемую его часть.

Поскольку расчеты используются и в гуманитарной сфере, и в экономике, и в естественных науках, и, разумеется, в области техники и высоких технологий, понимание математических понятий и знание символов станет полезным для любого специалиста.

Шаповалова Анна

В работе рассказывается о развитии и универсальности языка математики.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Секция Математика

«Язык математики»

Доклад.

Выполнила Шаповалова Анна

Научный руководитель

Романчук Галина Анатольевна

учитель математики высшей квалификационной категории .

Введение.

Увидев в кабинете высказывание Г.Галилея «Книга природы написана языком математики» я заинтересовалась: а что же это за язык?

Оказывается, Галилей придерживался мнения о том, что природа сотворена по математическому плану. Он писал: “Философия природы написана в величайшей книге,… но понять ее сможет лишь тот, кто сначала выучит язык и постигнет письмена, которыми она начертана. А написана эта книга на языке математики”.

И вот, что бы найти ответ на вопрос о математическом языке, я изучила много литературы, материалов из интернета.

В, частности, нашла в Интернете «Историю математики» Стройка Д.Я., где узнала этапы развития математики и математического языка.

Я постаралась ответить на вопросы:

как возник математический язык;
что собой представляет математический язык;
где он распространен;
действительно ли он универсален.

Я думаю, это будет интересно не только мне, т.к. все мы пользуемся языком математики.

Поэтому целью моей работы стало изучение такого явления как «математический язык» и его распространение.

Естественно, что объектом исследования будет математический язык.

Я сделаю анализ применения математического языка в различных областях науки (естествознании, литературе, музыке); в повседневной жизни. Докажу, что этот язык действительно универсален.

Краткая история развития математического языка.

Математика удобна для описа ния самых разнообразных явлений реального мира и тем самым может выполнять функцию языка.

Исторически составные части математики - арифметика и геометрия - выросли, как известно, из нужд практики, из необходимости индуктивного решения различных практических задач земледелия, мореплавания, астрономии, сбора налогов, возврата долгов, наблюдения за небом, распределения урожая и т.п. При создании теоретических основ математики, основ математики как научного языка, формального языка наук, различных теоретических построений стали важными элементами различные обобщения и абстракции, исходящие из этих практических задач, и их инструментарий.

Язык современной математики - результат ее длительного развития. В период своего за рождения (до VI в. до н. э.) математика не имела собственного языка. В процессе формирования письменности появились математические знаки для обозначения некоторых натуральных чисел и дробей. Математический язык античного Рима включает дошедшую до наших дней систему обозначения целых чисел был скуден:

I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI,..., L,..., C,..., D,..., M.

Единица I символизирует зарубку на посохе (не латинскую букву I - это позднее переосмысление). Усилие, уходящее на каждую зарубку, и занимаемое ею место на, скажем, пастушеской палке, заставляет переходить от просто системы обозначения чисел

I, II, III, IIII, IIIII, IIIIII, . . .

к более сложной, экономной системе скорее «имен», чем символов:

I = 1, V = 5, X = 10, L = 50, C = 100, D = 500, M = 1000.

В русском языке числа записывались буквами с особым знаком «титло»

Первые девять букв алфавита обозначали единицы, следующие 9 – десятки, и последние 9 – сотни.

Для обозначения больших чисел славяне придумали свой оригинальный способ: десять тысяч – тьма, десять тем – легион, десять легионов – леодр, десять леодров- ворон, десять – ворон – колода. И более сего несть человеческому уму разумевати, т.е. для больших чисел нет названий.

В следующем периоде развития элементарной математики (VI в. до н. э. -XVII в. н. э.) основным языком науки был язык геометрии. С помощью отрезков, фигур, площа дей и объемов изображались объекты, доступ ные математике того времени. Именно поэтому знаменитые "Начала" Евклида (III в. до н. э.) впоследствии воспринимались как геометри ческий труд, хотя большая их часть - это изло жение на геометрическом языке начал алгебры, теории чисел и анализа. Однако возможности геометрического языка оказались недостаточ ными для обеспечения дальнейшего развития математики, что привело к возникновению сим волического языка алгебры.

Проникновением в науку теоретико-мно жественной концепции (конец XIX в.) начинается период современной математики. Построение математики на теоретико-множественном бази се вызвало кризис ее основ (начало XX в.), так как в теории множеств были обнаружены противоре чия. Попытки преодоления кризиса стимулиро вали исследования проблем теории доказа тельства, которые в свою очередь потребовали разработки новых, более точных средств выра жения логического компонента языка. Под вли янием этих потребностей и получил дальнейшее развитие появившийся в середине XIX века язык математической логики. В настоящее время он проникает в различные разделы математики и становится составной частью ее языка.

Основой развития математики в XX веке стал сформировавшийся формальный язык цифр, символов, операций, геометрических образов, структур, соотношений для формально-логического описания действительности, - то есть сформировался формальный, научный язык всех отраслей знания, в первую очередь, естественнонаучных. Этот язык успешно используется в настоящее время и в других, "не естественнонаучных" областях.

Язык математики - это искусственный, формальный язык, со всеми его недостатками (например, малой образностью) и достоинствами (например, сжатостью описания).

Разработка искусственного языка символов и формул была величайшим достижением науки, в значительной мере определившим дальнейшее развитие математики. В настоящее время стано вится очевидным, что математика - это не толь ко совокупность фактов и методов, но и язык для описания фактов и методов самых разных облас тей науки и практической деятельности.

Распространение математического языка

Таким образом, математический язык - это совокупность всех средств, с помощью которых можно выразить математическое содержание. К таким средствам относятся логико-математи ческие символы, графические схемы, геометри ческие чертежи, система научных терминов вместе с элементами естественного (обычного) языка.

Математический язык в отличие от естест венного является символическим, хотя и естест венный язык тоже пользуется определенными символами - буквами и знаками препинания. В использовании символов в математическом и естественном языках имеются существенные различия. В математическом языке один знак обозначает то, что в естественном языке обозначается словом. Этим достигается значительное сокра щение "длины" языковых выражений.

Применение математического языка в естествознании.

«... Все законы выводятся из опыта. Но для выражения их нужен специальный язык. Обиходный язык слишком беден, кроме того, он слишком неопределен для выражения столь богатых содержанием точных и тонких соотношений. Таково первое основание, по которому физик не может обойтись без математики; она дает ему единственный язык, на котором он в состоянии изъясняться". "Механизм математического творчества, например, не отличается существенно от механизма какого бы то ни было иного творчества". (А.Пуанкаре).

Математика - наука о количественных отношениях действительности. "Подлинно реалистическая математика представляет собой фрагмент теоретической конструкции одного и того же реального мира."(Г.Вейль) Она является междисциплинарной наукой. Результаты ее используются в естествознании и общественных науках. Роль математики и языка, которым она говорит, в современном естествознании проявляется в том, что новая теоретическая интерпретация какого-либо явления считается полноценной, если удается создать математический аппарат, отражающий основные закономерности этого явления. Во многих случаях математика играет роль универсального языка естествознания, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений.

В естествознании все шире использует математический язык для объяснения природных явлений, это:

количественный анализ и количественная формулировка качественно установленных фактов, обобщений и законов конкретных наук;
построение математических моделей и даже создание таких направлений, как математическая физика, математическая биология и т.д.;

Рассматривая математический язык, отличающийся от естественного языка, где, как правило, используют понятия, которые характеризуют определенные качества вещей и явлений (поэтому их часто называют качественными). Именно с этого начинается познание новых предметов и явлений. Следующий шаг в исследовании свойств предметов и явлений - образование сравнительных понятий, когда интенсивность какого-либо свойства отображается с помощью чисел. Наконец, когда интенсивность свойства или величины может быть измерена, т.е. представлена в виде отношения данной величины к однородной величине, взятой в качестве единицы измерения, тогда возникают количественные, или метрические, понятия.

Давайте вспомним мультфильм «38 попугаев» .Фрагмент мультфильма

Удава измеряли мартышками, слонами и попугаями. Так как величины разномерны, то удав делает вывод: «А в попугаях то я длиннее…»

Но если его длину перевести на математический язык; перевести измерения в одноимённые величины, то вывод совершенно иной: что в мартышках, что в слонах, что в попугаях длинна удава будет одинакова.

Преимущества количественного языка математики в сравнении с естественным языком состоят в следующем:

Такой язык весьма краток и точен. Например, чтобы выразить интенсивность какого-либо свойства с помощью обычного языка, нужно несколько десятков прилагательных. Когда же для сравнения или измерения используются числа, процедура упрощается. Построив шкалу для сравнения или выбрав единицу измерения, можно все отношения между величинами перевести на точный язык чисел. С помощью математического языка (формул, уравнений, функций и других понятий) можно гораздо точнее и короче выразить количественные зависимости между самыми разнообразными свойствами и отношениями, характеризующими процессы, которые исследуются в естествознании.

Здесь математический язык выполняет две функции:

1. с помощью математического языка точно формулируются количественные закономерности, характеризующие исследуемые явления; точная формулировка законов и научных теорий на языке математики дает возможность при получении из них следствий применить богатый математический и логический аппарат.

Все это показывает, что в любом процессе научного познания существует тесная взаимосвязь между языком качественных описаний и количественным математическим языком. Эта взаимосвязь конкретно проявляется в сочетании и взаимодействии естественно-научных и математических методов исследования. Чем лучше мы знаем качественные особенности явлений, тем успешнее можем использовать для их анализа количественные математические методы исследования, а чем более совершенные количественные методы применяются для изучения явлений, тем полнее познаются их качественные особенности.

Прмер. Мультфильм об уже знакомых нам персонажах: удаве, мартышке, попугае и слонёнке.

Куча орехов – это много. А «много» - это сколько?

Математический язык играет роль универсального языка, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений. Конечно, все, что можно описать языком математики, поддается выражению на обычном языке, но тогда изъяснение может оказаться чересчур длинным и запутанным.

2. служит источником моделей, алгоритмических схем для отображения связей, отношений и процессов, составляющих предмет естествознания. С одной стороны, любая математическая схема или модель - это упрощающая идеализация исследуемого объекта или явления, а с другой - упрощение позволяет ясно и однозначно выявить суть объекта или явления.

Поскольку в математических формулах и уравнениях отражены некие общие свойства реального мира, они повторяются в разных его областях.

Вот задачи о совершенно разных вещах.

В двух гаражах было 48 машин. В одном гараже в два раза больше машин, чем в другом. Сколько машин в первом гараже?
На птичьем дворе гусей было в два раза меньше, чем уток. Сколько было гусей, если всего на птичьем дворе 48 птиц.

Можно таких задач придумать очень много, но все они описываются с помощью математического одной моделью:

2х+х=48., понятной всем математикам мира.

Математический язык в литературе.

Так как язык математики универсален, то не зря существует выражение «поверил алгеброй гармонию».

Вот вам примеры.

Метры и размеры стиха.

Размер стиха	Ударные слоги	Математическая зависимость	Мат. модель
Дактиль	1,4,7,10…		Ариф.прогрессия
Анапест	3,6,9,12…		Ариф.прогрессия
Амфибрахий	2,5,8,11…		Ариф.прогрессия
Ямб	2,4,6,8,10…		Ариф.прогрессия
Хорей	1,3,5,7…		Ариф.прогрессия

В литературе есть приём «эвфоника», где с помощью математического языка описывается звучность стихотворения.

Послушайте два отрывка из стихотворений.

Дактиль - 1,4,7,10,13…

Как хорошо ты, о море ночное,-

Здесь лучезарно, там сизо-темно...

В лунном сиянии, словно живое,

Ходит и дышит, и блещет оно.

Анапест – 3,6,9,12…

Прозвучало над ясной рекою,

Прозвенело в померкшем лугу,

Прокатилось над рощей немою,

Засветилось на том берегу.

Если взять весь звуковой состав в целом, то картина будет такова (в%):

Вот их описание с помощью математического языка.

Математический язык в музыке.

В основе музыкальной системы были два закона, которые носят имена двух великих ученых - Пифагора и Архита.

1. Две звучащие струны определяют консонанс, если их длины относятся как целые числа, образующие треугольное число 10=1+2+3+4, т.е. как 1:2, 2:3, 3:4. Причем, чем меньше число n в отношении n/(n+1) (n=1,2,3), тем созвучнее получающийся интервал.

2. Частота колебания w звучащей струны обратно пропорциональна ее длине l .

w = a/ l , (а - коэффициент, характеризующий физические свойства струны).

Интервальные коэффициенты и соответствующие им интервалы в средние века были названы совершенными консонансами и получили следующие названия: октава (w 2 / w 1 = 2/1, l 2 / l 1 =1/2); квинта (w 2 / w 1 =3/2, l 2 / l 1 = 2/3); кварта (w 2 / w 1 =4/3, l 2 / l 1 = 3/4).

(3/2) 1 = 3/2 - соль, (3/2) 2 :2 = 9/8 - ре, (3/2) 3 :2 =27/16 - ля, (3/2) 4 :2 2 = 81/64 - ми, (3/2) 5 : 2 2 = 243/128 - си, (3/2) -1 :2 =4/3 - фа.

Для построения гаммы гораздо удобнее пользоваться, оказывается, логарифмами соответствующих частот:

log 2 w 0 , log 2 w 1 ... log 2 w m

Итак, музыка, написанная математическим языком, понятна всем музыкантам независимо от их языка разговорного.

В повседневной жизни

Сами не замечая того мы постоянно оперируем математическими терминами: числа, понятия (площадь, объём), отношение.

Мы постоянно читаем на математическом языке и говорим: определяя пробег автомобиля, сообщая цену товара, время; описывая размеры комнаты и т.д.

В молодёжной среде сейчас появилось выражение «мне параллельно» - что означает «мне всё равно, меня это не касается»

А ассоциируется это с параллельными прямыми, наверно, потому что они не пересекаются, так и эта проблема «не пересекается» со мной. То есть не касается меня.

В противовес, следует ответ: «Так я сделаю, чтобы тебе было перпендикулярно».

И опять: перпендикуляр пересекается с прямой, т.е. имеется ввиду, что эта проблема будет касаться тебя – пересечётся с тобой.

Так язык математики проник в молодёжный сленг.

Универсальность.

Если вы увидите эту фразу, написанную на разных языках, вы не пойметё, о чём идёт речь, но стоит её написать на языке математики и сразу всем станет ясно.

Deux fois trios font six (французский)

Two multiply three equals six (английский)

Zwei mal drei ist secks (немецкий)

Тlур щэ пштэмэ мэхъу хы (адыгейский)

2∙3=6

Заключение.

«Если вы можете измерить и выразить в числах то, о чем вы говорите, то об этом вы кое-что знаете. Если же вы не можете сделать этого, то ваши познания скудны. Они представляют первые шаги исследования, но это не настоящее знание". Лорд Кельвин

Книга Природы написана языком математики. Всё существенное в природе может быть измерено, превращено в числа и описано математически. Математика - это язык, позволяющий создать лаконичную модель действительности; это организованное утверждение, позволяющее количественно предсказать поведение объектов любой природы. Величайшее открытие всех времен то, что информацию можно записать с помощью математического кода. Ведь формулы - это обозначения слов знаками, что ведет к огромной экономии времени, места, символов. Формула компактна, наглядна, проста, ритмична.

Математический язык потенциально одинаков для всех миров. Орбита Луны и траектория падения камня на Земле - частные случаи одного и того же математического объекта - эллипса. Универсальность дифференциальных уравнений позволяет применить их к объектам разной природы: колебания струны, процесс распространения электромагнитной волны и т.д.

Математическим языком описывают сегодня не только свойства пространства и времени, частицы и их взаимодействие, физические и химические явления, но также всё больше процессов и явлений в областях биологи, медицины, экономики, компьютерных наук; математика широко используется в прикладных сферах и инженерии.

Математические знания и навыки необходимы практически во всех профессиях, прежде всего, конечно, в тех, что связаны с естественными науками, техникой и экономикой. Математика является языком естествознания и техники и потому профессия естествоиспытателя и инженера требует серьезного овладения многими профессиональными сведениями, основанными на математике. Очень хорошо сказал об этом Галилей: ``Философия (речь идёт о натурфилософии, на нашем современном языке -о физике) написана в величественной книге, которая постоянно открыта вашему взору, но понять её может лишь тот, кто сначала научится понимать её язык и толковать знаки, которыми она написана. Написана же она на языке математики."" Но ныне несомненна необходимость применения математических знаний и математического мышления врачу, лингвисту, историку, и трудно оборвать этот список, настолько важно владение математическим языком.

Понимание и знание математического языка надо для интеллектуального развития личности. В 1267 году знаменитый английский философ Роджер Бекон сказал: ``Кто не знает языка математики, не может узнать никакой другой науки и даже не может обнаружить своего невежества."

По мере развития познания за последние сотни лет, становилась всё более очевидной эффективность математических методов для описания окружающего мира и его свойств, включая строение, превращение и взаимодействие вещества. Были построены множества систем описания явлений тяготения, электромагнетизма, а также сил взаимодействия между элементарными частицами – всех известных науке фундаментальных сил природы; частиц, материалов, химических процессов. В настоящее время математический язык является фактически единственным эффективным языком, на котором это описание производится, что порождает естественный вопрос, не является ли данное обстоятельство следствием изначально математической природы окружающего нас мира, который таким образом сводился бы к действию чисто математических законов («вещество исчезает, остаются одни уравнения»)?

Список литературы:

Языки математики или математика языков. Доклад на конференции в рамках «Дней науки» (организатор - Фонд «Династия», С. -Пб, 21–23 мая 2009 г.)
Перловский Л. Сознание, язык и математика. "Русский журнал" [email protected]
Грин Ф. Математическая гармония природы. Журнал « Новые Грани» №2 2005 года
Бурбаки Н. Очерки по истории математики, М.: ИЛ, 1963.
Стройк Д.Я «История математики» - М.: Наука, 1984.
Эвфоника «Незнакомки» А.М.ФИНКЕЛЬ Публикация, подготовка текста и комментарии Сергея ГИНДИНА
Эвфоника «Зимней дороги» А.С. Пушкина. Научный руководитель Худаева Л.Г.– учитель русского языка