二十世纪的数学(课件)
一、运筹学 二十世纪四十年代开始形成,主要分支有对策论、规划论、 排队论、最优化方法和质量控制等。 1、对策论:在竞争性的活动中如何找出制胜对方的最优策略, 是一门研究斗争的数学。 由美籍匈牙利数学家冯· 诺伊曼首创。 1944年,他和摩根斯特嗯合著的《对策论与经济行为》出 版,成为对策论的奠基性著作。 在军事斗争和生产实践中得到广泛应用。
五、公理化思想的发展 19世纪与20世纪之交,产生了公理化运动,提 出以公理系统作为数学统一的基础。 1899年,德国数学家希尔伯特出版《几何基础》 一书,把欧几里德几何学整理为从公理出发的纯粹 演绎系统,并且十分注意公理系统的逻辑结构。他 提出了关于公理系统的三个重要问题,即: 相容性(即公理系中诸公理的无矛盾性)、 独立性 完备性
二、纯粹数学的研究领域 一方面,从更高的抽象上说,发展了 1、实变函数与泛函分析 2、抽象代数 3、拓扑学 4、公理化概率论 另一方面,从更高的统一化上说,发展了 1、微分拓扑与代数拓扑 2、整体微分几何 3、其他学科的融合
三、纯粹数学发展研究的序幕——希尔伯特问题 1900年8月,德国数学家希尔伯特在巴黎国际数学家 大会上作了题为《数学问题》的著名演讲。希尔伯特整 个演说的主体,是根据19世纪数学成果和发展趋势而提 出的23个数学问题,这些问题涉及现代数学的许多重要 领域。一个世纪以来,这些问题一直激发着数学家们浓 厚的研究兴趣。 希尔伯特问题中近一半已经解决或基本解决,有些 问题虽未最后解决,但也取得了重要进展。希尔伯特问 题的解决与研究,大大推动了数理逻辑、几何基础、李 群论、数学物理、概率论、数论、函数论、代数几何、 常微分方程、偏微分方程、黎曼曲面论、变分法等一系 列数学分支的发展,有些问题的研究还促进了现代计算 机理论的成长。
2、集合论的发展 德国数学家康托尔(1845-1918)创立了集合论, 扩充了数学概念,成为数学的重要基础。数学家们 发现,从自然数与康托尔集合论出发可建立起整个 数学大厦。因而集合论成为现代数学的基石。“一 切数学成果可建立在集合论基础上。 1900年,国际数学家大会上,法国著名数学家 庞加莱就曾兴高采烈地宣称,借助集合论概念,我 们可以建造整个数学大厦,我们可以说绝对的严格 性已经达到了。
六、抽象代数的发展 群论的重大发展主要是体现在群表示论的研究 上。 从1901年起,德国数学家舒尔发展了他的老师 罗贝尼乌斯创立的群表示法; 1941年德国数学家布劳尔创立了模表示论。
六、抽象代数的发展 1910年, 德国数学家施泰尼茨对域论进行统一的抽象处 理,形成了域论的基础。
六、抽象代数的发展 1913年, 法国数学家厄-嘉当、德国数学家魏尔完成了半 单纯李代数有限维表示,奠定了李群表示理论的基 础。 1926年, 卓越的德国女数学家埃米-诺特完成了对近世代 数学有重大影响的理性群论。
五、公理化思想的发展 公理化集合系统的建立,成功排除了集合论中 出现的悖论,从而比较圆满地解决了第三次数学危 机。但在另一方面,罗素悖论对数学而言有着更为 深刻的影响。它使得数学基础问题第一次以最迫切 的需要的姿态摆到数学家面前,导致了数学家对数 学基础的研究。而这方面的进一步发展又极其深刻 地影响了整个数学。如围绕着数学基础之争,形成 了现代数学史上著名的三大数学流派,而各派的工 作又都促进了数学的大发展。 罗素悖论已被消除,以自身为元素的集合是不 存在的。
三、计算机科学的发展 30年代: 英国数学家图灵和美国数学家波斯特几乎同时提出了理想 计算机的概念; 40年代: 1944年,美国哈弗大学的艾肯通过IBM公司的资助,建成 了“自动程序控制计算机”MARK—I和MARK—II。 1946年2月,在冯· 诺意曼等人的努力下,世界上第一台电 子计算机诞生。 1949年,英国剑桥大学制成了第一台“电子数据存储自动 计算机”。
五、公理化思想的发展 围绕这些问题,产生了形式化的公理方法,成 为数学发展进程中的一个重要里程碑。 一方面,可以通过公理化方法研究各种可能的 数学结构,如20世纪30年代的法国布尔巴基学派提 出了结构概念;在其出版的《数学原本》中,从公 理结构出发,用代数结构、序结构和拓扑结构作为 全部数学的母结构,把数学统一成为一个整体。 布尔巴基学派是二十世纪最有影响的学派之一。
七、拓扑学的发展 第二次世界大战后,法国和美国的一批数学家 共同努力,创立了微分拓扑学。 1901年,法国数学家勒贝格提出勒贝格测度和 勒贝格积分,为实变函数论奠定了基础。
七、拓扑学的发展 集合论、变分法和积分方程的发展是二十世纪 综合性最强的数学学科——泛函分析产生的背景。 1906年后,开始形成希尔伯特空间理论。 1932年,波兰数学家巴拿赫把希尔伯特空间推 广成巴拿赫空间。 美籍匈牙利数学家冯· 诺伊曼把希尔伯特空间公 理化,深刻研究了算子理论。
2、集合论的发展 罗素悖论——理发师悖论 某个城市有一位理发师,他的广告词是这样写 的:“本人的理发技艺十分高超,誉满全城。我将 为本城所有不给自己刮脸的人刮脸,我也只给这些 人刮脸。我对各位表示热诚欢迎!”来找他刮脸的 人很多,自然都是那些不给自己刮脸的人。可是, 有一天,这位理发师从镜子里看见自己的胡子长了, 你们看,他能不能给他自己刮脸呢?如果他不给自 己刮脸,他就属于“不给自己刮脸的人”,他就要 给自己刮脸;而如果他给自己刮脸呢?他又属于 “给自己刮脸的人”,他就不该给自己刮脸。
2、集合论的发展 随后的研究中,数学家们在集合论中纷纷发现 了逻辑矛盾,集合论是有漏洞的! 1902年英国哲学家、数学家罗素在集合论概括 原则的基础上引出了著名的罗素悖论。 问题涉及的只是集合论中最基本的东西。所以, 罗素悖论一提出就在当时的数学界与逻辑学界内引 起了极大震动。严重冲击着数学基础的研究,导致 了“第一次数学危机”。
2、集合论的发展 罗素悖论的争论 三大学派: 第一,罗素、怀特海为代表的逻辑主义学派 第二,以荷兰数学家布劳维为代表的直觉主义学派
第三,以德国数学家希尔伯特为代表的形式主义学 派
2、集合论的发展 罗素悖论的争论 三大学派进行了激烈的争论,分析了悖论产生 的根源,人们希望能够通过对康托尔的集合论进行 改造,通过对集合定义加以限制来排除悖论,这就 需要建立新的原则。 “这些原则必须足够狭窄,以保证排除一切矛 盾;另一方面又必须充分广阔,使康托尔集合论中 一切有价值的内容得以保存下来。” 争论的结果是使数学获得新的发展,提出了公 理、应用数学与计算机科学
一、涵义 相对于应用数学而言,纯粹数学是一门专门研 究数学本身,不以应用为目的的学问。 纯粹数学以数论为其代表。 纯粹数学研究从客观世界中抽象出来的数学规 律的内在联系,研究数学本身的规律。 它大体上分为三大类, 1、研究空间形式的几何类(微分几何、拓扑学) 2、研究离散系统的代数类(数论、近世代数) 3、研究连续现象的分析类(微分方程、函数论、 泛函分析)
二、应用数学的其他方面发展 20世纪40年代之后,发展起控制论、信息论、系统分析、 可靠性理论等等。 应用数学的范围越来越广,并创立了计算机科学。
三、计算机科学的发展 电子计算机出现的历史背景: 1、算法理论,也称为能行性理论(理论条件) 2、电子技术的发展(技术条件) 3、二战期间迫切需要快速计算(社会条件)
四、集合论的发展史 1、集合论概念 所谓集合论,是研究集合(由一堆抽象物件构 成的整体)的数学理论,包含了集合、元素和成员 关系等最基本的数学概念。在大多数现代数学的公 式化中,集合论提供了要如何描述数学物件的语言。
四、集合论的发展史 1、集合论概念 集合论是从一个物件o和集合A之间的二元关系 开始:若o是A的元素,可表示为o ∈ A。由于集合 也是一个物件,因此上述关系也可以用在集合和集 合的关系。 另外一种二个集合之间的关系,称为包含关系。 若集合A中的所有元素都是集合B中的元素,则称集 合A为B的子集,符号为A ⊆ B。例如{1,2} 是{1,2,3} 的子集,但{1,4} 就不是{1,2,3} 的子集。依照定义, 任一个集合也是本身的子集。
七、拓扑学的发展 泛函分析为现代科学的发展(量子力学、量子 场论)提供了强有力的工具,是一门具有很大应用 价值的数学学科。
概率论得到很快的发展,在二十、三十年代之 后,形成了: 法国数学家保尔· 莱维为首的法国学派; 苏联数学家柯尔莫哥洛夫、辛钦为首苏联学派; 美国数学家杜布、费勒为首的美国学派。 成为概率论的研究中心。
六、抽象代数的发展 1930-1931年, 荷兰数学家范德瓦尔登出版著名《近世代数 学》。 之后,群、域、环成为抽象代数学的中心,构 成现代数学的基础。
七、拓扑学的发展 研究连续性现象的数学分支 二十世纪初,法国数学家彭加勒首创了组合拓 扑学。 1910年,布劳维发现了不动点原理,后来又发 现了维数定理、单纯性逼近方法。 1914年,德国数学家豪斯道夫第一次抽象使用 了点集的领域概念,正式形成了点集拓扑学。
2、集合论的发展 罗素悖论公式 设性质P(x)表示“x不属于x”,现假设由性质P确 定了一个类A——也就是说“A=\{x|x不属于x\}”。 那么问题是:A属于A是否成立? 首先,若A属于A,则A是A的元素,那么A具有 性质P,由性质P知A不属于A; 其次,若A不属于 A,也就是说A具有性质P, 而A是由所有具有性质P的类组成的,所以A属于A。
五、公理化思想的发展 另一方面,公理方法本身成为科学研究的对象, 尤其是数理逻辑的 一个重要研究内容。 希尔伯特创立证明论,经奥地利数学家哥德尔 等人的研究而得到发展,成为数理逻辑和数学基础 的重要分支,在电子计算机科学中有着广泛的应用。 公理化思想深刻地影响着现代数学和现代科学 的发展。
六、抽象代数的发展 抽象代数也称为近世代数学,其研究目标集中 于更为一般的代数运算的规律和性质。 研究内容为:以群、环、域、格、向量空间的 性质和结构,形成各种理论。
概述: 1.二十世纪初,数学发生巨大的变化,其高度抽象 性、严密逻辑性和广泛应用型愈来愈突出地显示出 来; 2.向着高度分化的方向发展,分化出非常多的分支 学科; 3.向着高度综合的方向发展,出现将数学各部分统 一起来的种种新观点和新方案; 4.各门自然学科从定性研究过渡到定量研究,愈发 需要利用数学这一强大分析工具,数学本身的发展 也就有了更充足的动力。