一个18世纪的谜题如何引领数学的新领域

作者:里克·托尼,研究主任/数学老师
你可能会回忆起你上过的最后一节数学课,也许不那么怀念. 可能是代数课, 微积分预科或微积分, 典型高中学生核心课程的基础是什么, 其中包括一些几何知识,为学生准备SAT或ACT考试. 这些领域中最新的是微积分,大约有350年的历史,而几何是最古老的, 至少可以追溯到古希腊. 那么,在过去的三个世纪里,数学世界到底发生了什么呢? 所有的数学都是被发现或发明的吗?
 

事实上, 20世纪产生了大量的新数学, 特别是随着数学物理的发展和计算机的出现. 随着专业化的发展, 然而, 一般人根本无法理解现代数学的许多内容. 把整个数学大厦想象成一棵大树,由古人(如毕达哥拉斯定理)组成树根和树干, 现代数学家沿着不同的分支分成不同的专业. 拓扑学(几何的一个子领域)就是从一个分支中衍生出一个小分枝的例子。, 然而, 只有花了几个月时间的人才能理解, 也许是几年, 到那个特定的研究领域. 子领域的数量,小枝产卵小枝,越来越大. 话题的广度呈指数级增长,并将继续增长, 使学习这些主题变得令人望而却步.

那么数学家到底在做什么呢? 它们是如何在这棵巨树的小树枝上长出新的小树枝的呢? 数学家们玩. 他们测试新想法,寻找共性,寻找美好的关系. 在保罗·洛克哈特教授的精彩论战《韦德娱乐app下载地址》中,他声称,“研究数学就是从事发现和猜想的活动。, 直觉和灵感, 处于混乱状态”(第8页). 数学的过程始于一个观察或一个问题,然后这个概念被玩弄. 这个过程达到高潮, 如果数学家足够聪明或者幸运的话, 用无懈可击的证据证明了这个猜想. 虽然他的作品并不完全是现代的, 著名数学家莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler, 1707-1783)生活中的一个例子将有助于说明这一点.

传说在18世纪中期, Königsberg(现在的俄罗斯)的当地人有一个游戏,就是走过横跨普雷格尔河的七座桥,谁能穿过这些桥而不折回,或者在同一座桥上走两次,谁就会有好运. 自己看看:试着用手指描绘一条路径,但不要倒退,也不要两次走过同一座桥. 有趣,哈?

莱昂哈德·欧拉当时还不到30岁, 但他的名声是众所周知的, 13岁进入大学, 在青少年时期完成博士学位, 写不同的主题,比如导航, 声音传播, 和数学. 他最终被认为是历史上最杰出、最多产的数学家之一, 一直工作到76岁去世.

欧拉很可能像大多数数学家一样处理这个问题,就像你一样. 这个简短的视频生动地向你展示了欧拉是如何解决问题的核心(追踪七行), 仔细分析它, 并最终解决它.

欧拉的发现为数学树的一个主要分支——拓扑学——提供了第一个结果, 几何学的一个子领域——在过去200多年里蓬勃发展. 而现代数学的新发展很少产生像欧拉和他的拓扑学那样丰富的成果, 尽管如此, 乐趣就在那里,主题的不可阻挡的前进继续着.
 

研究主任里克·托尼是索伯里学校数学系的一员. 今年,他教大学先修课程微积分AB.