数学 理论
全世界的人说着不同的语言,但有一种语言却被每个人所理解——那就是数学语言。数学表达式无需翻译,也能被世界另一端的人理解。与自然语言不同,数学用于传达抽象的、逻辑的思想。它是一个由符号、公式和陈述构成的系统。让我们更深入地了解这些组成部分。
数学符号(Mathematical notation)
数学中有一个术语叫数学符号。数学符号用于表示各种数学运算、关系和元素,也用于将它们组合成公式和表达式。换句话说,它们让我们可以更简洁地书写各种数学陈述。你可以把数学符号看作是数学家之间交流所用的“字母表”。这些符号主要由字母、符号、数字和记号组成。不同类型的符号被用于不同的目的。我们来看看它们吧!
第一种符号是算术符号。它们用来表示各种数学运算,仅使用几个符号,例如
+
, −
, ⋅
, ÷
, ±
,
以及它们的一些组合。比如,你在一年级学加法时,老师让你写“两加一是多少”,你就会写成:
2 + 1 = 3
虽然你还很小,但那时候你就开始使用算术符号了!
第二种是等号与比较符号。最常见的等号是
=
, ≈
。
你可能只认识第一个等号,那我们来看看第二个吧!“约等于”符号 ≈
通常在我们对数字进行四舍五入时使用。例如,地球的重力加速度
g ≈ 9.8 m/s²
。
你可以用 ≈
来表达这个意思。
比较符号中,最常见的是
>
, ≥
, <
, ≤
。
>
和 <
称为“大于”和“小于”号。它们像鳄鱼嘴,是不是?这只“鳄鱼”总是饿着,总是张嘴朝着更大的数字!
而 ≥
和 ≤
分别表示“大于等于”和“小于等于”。例如,在很多国家,成为总统的最低年龄是 35 岁,也就是说年龄必须
≥ 35
。
代数符号也是数学符号的一种。其中最著名的一个是
n!
(读作 n 的阶乘),表示从 1 到 n 所有自然数的乘积,即
n! = 1⋅2⋯n
。
比起长长的一串乘号,写 n!
不是方便多了吗?这正是数学符号存在的意义!
此外,还有希腊字母也被广泛用于数学中,它们也是数学符号的重要组成部分!
虽然我们这里只讨论了一些最基础的数学符号,但随着你数学水平的提高,你还会遇到更多复杂的符号。
数学公式(Mathematical formulas)
了解了数学符号后,我们来看看数学公式。数学公式是用数学符号写成的表达式或特定规则。它们使数学表达更快、更规范。数学公式通常由以下几部分组成:
-
常数(固定数值)
-
变量(未知量,一般用字母表示)
-
符号(表示运算关系的数学符号)
我们可以用公式根据已知数值求出未知数。在代数、几何等数学学科中,公式帮助我们简化计算过程,节省时间。
主要的公式有三类:算术公式、代数公式和几何公式。
算术公式由常数和运算符组成。例如我们之前说的:
2 + 1 = 3
这就是一个最简单的算术公式。
代数公式用于表示未知数,通常由以下部分组成:
-
变量:如表达式
x + 2
中的x
-
常数:如
4x − 7 = 5
中的7
和5
-
系数:如
4x
中,4
是x
的系数 -
变量的系数:如二次项表达式
ax² + bx + c
中,a
是x²
的系数
学习代数的初学者通常从以下这种乘法公式学起:
-
a² − b² = (a − b)(a + b)
-
(a − b)² = a² − 2ab + b²
这些公式非常重要,能帮助你简化大量复杂运算!
几何是研究图形形状、大小、相互关系及其性质的数学分支。几何公式常用于计算图形的尺寸、周长、面积、表面积和体积等。例如:
-
圆的面积 =
πr²
,其中r
是半径,π ≈ 3.14
-
立方体的体积 =
a³
,其中a
是立方体的边长
数学陈述(Mathematical statements)
如果说数学符号和公式几乎不使用自然语言,那么数学陈述则需要使用自然语言来表达。数学陈述是一个句子,它提供某种信息,并且要么为真,要么为假。一个陈述可以包含文字和符号。
数学证明是对陈述真假的有力论证。数学陈述通常包含两个部分:
-
假设(前提)
-
结论(结果)
数学陈述常用以下表达结构:
-
“要么……要么……”(Either/Or):表示 A 或 B 至少有一个成立,甚至可以两个都成立
-
“并且”(And):A 和 B 都必须成立
-
“如果……那么……”(If…then):表示条件与结果的关系,例如:“如果天气好(假设),那么我就去散步(结论)”
我们来举几个例子:
-
整数要么是奇数,要么是偶数。这是一个经典的数学陈述,表达了整数的性质。
-
如果一个数的末尾是 0 或 5,那么它能被 5 整除。这是你在小学就学过的整除规则。
总结(Conclusion)
这节课我们讲述了数学的基础知识。以下是重点回顾:
-
数学符号:字母、符号、数字和记号,用于表示数学运算和元素。
-
数学公式:由数学符号构成的表达式,用于更快速、更规范地表达数学关系。
-
数学陈述:给出某种信息的句子,其真假可以判断。