时间: 2022-08-02 17:59:58 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 111次
数学家布尔.G.
应用统计数学包含三个词:“应用”,“统计”和“数学”。大体而言,应用数学就包括两个部分,一部分就是与应用有关的数学,这是传统数学的一支,可称之为”可应用的数学”。另外一部分是数学的应用,就是以数学为工具,探讨解决科学、工程学和社会学方面的问题,这是超越传统数学的范围。
数学是人类活动中的一个项目,即使全是由人脑产生的最纯粹的数学,也与自然界的规律相关联,迟早会对自然规律的掌握或其他方面有用处的。将现在已可应用,或者即将就可应用的数学称之为可应用的数学。
以发展而言,大概像微分方程、概率统计、计算数学、计算机数学,和运筹学等都算在可应用的数学范围内。另一类则”数学的应用”。物理学家、航空工程师、地质学家、生物学家、经济学家等,他们为了解决各学科及工程上的问题,需要用数学用为工具。因此,他们有时要把已经发展得很完善的数学搬过来用,有时候却不得不自己创造性地发展新的数学方法,来处理他们所遇到的独特问题。这就是数学的应用。他们往往要求不太高的严谨,常需要配合观察实验结果及经验所赋予的直觉来发展数学方法。所以除了相当水平的数学修养外,应用数学家们对应用主题的学科还必须有相当深度了解。
传统的数学分为”纯数学”与”可应用的数学”,二者的差别只是程度上的不同,即使最纯粹的数学在将来也会有应用的可能。它们的共同点是都只关注问题的数学内容,也只用数学标准来衡量研究的成果。“数学的应用”则以科学或工程内容为主导,数学只是工具,所以研究成就的衡量标准也大大不同。
20世纪以前没有”应用数学”这一名词。大数学家如高斯、欧拉、柯西等都是既搞纯数学,又搞应用数学。比如,函数的发展基本上是为了解决物理学所引发的拉普拉斯方程。纯粹的逻辑思维与自然现象的解释探讨是并行发展的。一直到二次大战前,高等数学的应用绝大部分与物理学有关。
在二次大战前后,由于航空工业的发展以及飞机在战争中的重要性,高等数学开始大量用在力学及其它工程方面,促成了应用力学与应用数学的发展。在40、50年代,应用数学的主要研讨内容是力学,大多数应用数学家的背景也不是数学,所以”应用”的性质是很强的。60年代以后情况就有些改变。一方面高等数学的应用范围愈来愈广,不但物理学、工程、化学、天文、地理、生物、医学在用高等数学,甚至经济学、语言学也开始用相当多的高等数学,应用数学因此得到发展。
应用数学得以发展的另外一个原因是数学的发展越来越极端抽象化,渐渐地只有数学家自己以及狭门同行才能理解他们在搞什么。在这种情形下,需要用数学的理论科学家与工程师们就只好自力更生,不依赖纯数学家,而自己搞起数学来了。他们所搞的数学与纯数学最大的区别就是与实际的结合:自然的实际,社会的实际。自然现象与社会发展提出的数学问题要设法解决;数学问题解决以后,其探讨结果要再回到自然界与社会中去,应用数学就这样产生了。
发展状况
应用数学
中国最著名的数学典籍《九章算术》就是246个实际应用问题的汇集,注重实际问题,是中国古代数学的优良传统。体力与脑力劳动分工之后,科学发展的新阶段:创造了纯粹而严密的科学体系,却远离了现实生活。
从此以后,数学就从两个方向发展着。一方面是纯粹数学。例如哥德巴赫猜想、费马大定理等世界名题,成为世人关注的焦点,一旦有所突破,可被视为人类思想史上的大事。至于非欧几何、拓扑学、抽象群论等等,虽说开始时看不到和实际的直接关系,但是只要是好的数学知识,往往在若干年后会发现有实际应用。陈省身20世纪40年代研究的纤维丛理论,到了20世纪70年代,竟成为物理学上由杨振宁等发现的规范场的数学工具,这种世界的统一性,令人不可思议。
另一方面,应用数学在不断地迅猛发展。现实世界毕竟是数学发展的源泉。从17世纪以来,社会发展和生产需要一直是数学发展的主要推动力。牛顿从物理学需要发明了微积分,反过来,第谷布拉赫(TychoBrahe)用数学方法发现了海王星;蒸汽机推动了运动学和热力学的发展,促使数学分析学走向新的高峰;电磁学的基本规律是用微分方程写的。时至20世纪,喷气机和航天器的制造和导航,CT扫描的医疗设备,组织大规模战争的运筹方案,本质上都是数学技术。
在现代,数学不仅作为一个解决问题的工具,而且已成为时代文化的一个重要组成部分,一些数学概念、语言已渗透到日常生活中去,一些数学原理已成为人们必备知识,如面积、体积、对称、百分数、平均数、比例、角度等成为社会生活中常见名词;象人口增长率、生产统计图、股票趋势图等不断出现在报刊、电视等大众信息传播媒介中;而象储蓄、债券、保险、面积、体积计算(估算)、购物决策等成为人们难以回避的现实问题。那么未来的公民——现在的学生,必须具备一个解决实际应用问题的数学素养,这一切都呼唤应用问题呈现于数学教育教学过程中。
中国古代数学一向有实用的传统,数学教学中重视数学应用也并非新问题。在小学里,数学应用问题是教学的重点和难点,从未有人持异议。到了初中,学了平面几何,数学品味趋于抽象,逻辑推理不断加强,数学应用渐有淡出之势。不过,数学应用并未绝迹,诸如浓度问题、行程问题等仍有出现,平行四边形与铁栅门的关系等也总要提及。只是被某种错误观念的误导,大家不太重视罢了。
一到高中,情况变得越发严重。数学一直是中学的主干课程,为什么要学那么多的数学?一般认为,数学是“能力筛子”、“思想的体操”,无非是“升学需要”、“思想健身”而已。至于有什么用,对不起,不必问。由于大跃进年代,文革时期“过火地”联系实际,破坏了数学知识的系统性,一旦拨乱反正,便专注于纯粹数学的要求。一个时期以来,主张数学应用被称为“实用主义”、“短视行为”,似乎数学离现实生活越远越好。“掐头去尾烧中段”式的纯数学推理成为唯一的选择。因此,关于数学应用问题的设计与教学成为迫在眉睫的任务。
就业前景
应用统计数学专业就业广阔
应用统计数学与应用数学专业属于基础专业,是其他相关专业的“母专业”。无论是进行科研数据分析、软件开发、三维动画制作还是从事金融保险,国际经济与贸易、工商管理、化工制药、通讯工程、建筑设计等,都离不开相关的数学专业知识。
严密的逻辑思维能力,来自于深厚扎实的数学功底。可见数学与应用数学专业是从事其他相关专业的基础。随着科技事业的发展和普及,数学专业与其他相关专业的联系将会更加紧密,数学专业知识将会得到更广泛的应用。以数学专业或相其关专业为依托实现职业再选择的人数占87%。由于数学与应用数学专业与其他相关专业联系紧密,以它为依托的相近专业可供选择的比较多有数学系的专业是采用数学的方法分析解决金融、经管方面的问题。
毕业生能进行基础数学理论研究或教学、应用软件的设计与开发,就业主要是双向选择,自主择业。主要到科技、教育和经济部门从事研究、教学工作或在生产经营及管理部门从事实际应用、开发研究和管理工作。可在科研部门、政府部门、金融系统、高校、部队、计算机软件公司、通讯公司等企事业单位从事理论研究、计算机软件系统的开发、设计和维护等工作。
例如清华大学学生毕业分配去向主要集中在与信息产业相关的华为、联想、西门子、方正、同方等公大司和一些诸如中国银行、中国人寿保险、上海宝钢等国有大集团公司。
参考资料
麦克斯韦在电磁理论,分子物理学、统计物理学、光学、力学等等领域都有很深的造诣,不过在他的学术领域中,最为突出贡献的是他所建立起的电磁场理论。
在物理学界,作为经典电动力学的创始人,统计物理学的奠基人之一,可以说麦克斯韦的成就是无与伦比的。
伟大的科学家有很多,比如牛顿统一了经典物理学,爱因斯坦是统一了空间和时间、能量和质量,还有很多的科学家在此就不一一列举了。
今天的主人公麦克斯韦统一了电和磁,但是我们都发现牛顿和爱因斯坦在很多人心里都是天才一样的存在,而麦克斯韦却被很少的人知道,明明三个人的贡献可以说是不分上下。
那为什么麦克斯韦却低牛顿、爱因斯坦一级呢?物理学研究世间万物,其中就有电学和磁学,电和磁与人类社会的发展息息相关,比如我们使用的电能、电磁波、微电子产品等等,而恰恰是麦克斯韦统一了电和磁。麦克斯韦建立的电磁场理论,将电学、磁学、光学统一起来,被誉为是19世纪物理学发展的最光辉的成果,也是科学史上最伟大的综合之一。
麦克斯韦方程式,描述了电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。毫无疑问麦克斯韦方程是19世纪最伟大的综合方程之一,麦克斯韦也是从这套方程组里面推出了电磁波,大家肯定都知道电磁波的作用,电磁波的发现让人类社会进入了无线电时代,这些都说明了麦克斯韦对整个社会的贡献。
现在我们来了解一下经典物理学的牛顿和近代物理学的爱因斯坦,牛顿作是物理学的第一个探索者,他的伟大著作《自然哲学的数学原理》开创了出了物理学,为后来的物理学发展奠定了基础;
爱因斯坦把狭义相对论推广为广义相对论,把引力场的局部用加速运动的惯性系代替完成了广义相对论场方程的推导,形成了狭义相对论的基础,统一了混合的时空观。
可以发现三位科学家各有千秋,而伟大的科学家有很多,只不过爱因斯坦和牛顿在一定程度上被人们广为称道而已。
其实论科学的成就,麦克斯韦一点都不输牛顿、爱因斯坦,那为什么麦克斯韦却鲜有名气呢?
小编认为主要有以下原因:
一、电磁学具现化了,力学和相对论还没研究透
电磁学的从奥斯特、法拉第和麦克斯韦一系列科学家的努力下,从理论到实践,让“电”这个抽象的物理概念在现实中实现了。电的发明无疑对人类近代文明的发展有着非常深远的意义。
但科学家们对力学和相对论的研究还在继续当中,在研究的过程中,牛顿以及爱因斯坦的理论起到了很大的作用,所以科学们还在继续推崇他们。
这个跟明星走红一样,麦克斯韦的电磁学已经有点过气了,就是不红了,而牛顿、爱因斯坦还是当红的明星。这只是受到的关注度不同而已,实际上并不影响他们实质上对科学的贡献。
二、相对来说,牛顿和爱因斯坦的创造性更强一点
大家都知道无论是牛顿建立的的经典力学、还是爱因斯坦的相对论,都是从无到有研究出来的,就是从一个概念性的想法到,形成一套系统的理论,这一点也是起了奠基人的作用。就是说,如果没有了牛顿和爱因斯坦的大胆想法,那么很可能经典力学和相对论的概念会推迟几十年或是几百年才会出现。
所以,在牛顿和爱因斯坦身上,多了一个创造力的品质在。而麦克斯韦是在众多前辈的基础上,再进行深入一层创造、统合和集成于一体。
三人的成就:
麦克斯韦
麦克斯韦是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果,建立了第一个完整的电磁理论体系,不仅科学地预言了电磁波的存在,而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性,完成了物理学的又一次大综合。
牛顿
牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究,总结出了物体运动的三个基本定律(牛顿三定律):①任何物体在不受外力或所受外力的合力为零时,保持原有的运动状态不变,即原来静止的继续静止,原来运动的继续作匀速直线运动。②任何物体在外力作用下,运动状态发生改变,其动量随时间的变化率与所受的合外力成正比。通常可表述为:物体的加速度与所受的合外力成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向一致。③当物体甲给物体乙一个作用力时,物体乙必然同时给物体甲一个反作用力,作用力和反作用力大小相等,方向相反,而且在同一直线上。这三个非常简单的物体运动定律,为力学奠定了坚实的基础,并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过,后来R.笛卡儿作过形式上的改进,伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。
牛顿是万有引力定律的发现者。他在1665~1666年开始考虑这个问题。1679年,R·胡克在写给他的信中提出,引力应与距离平方成反比,地球高处抛体的轨道为椭圆,假设地球有缝,抛体将回到原处,而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线。牛顿没有回信,但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上,他用数学方法导出了万有引力定律。
牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中,创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律,实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。
爱因斯坦
他一生中开创了物理学的四个领域:狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他是量子理论的主要创建者之一,在分子运动论和量子统计理论等方面也做出了重大贡献。
爱因斯坦于1905年发表了《论动体的电动力学》的论文,提出了狭义相对性原理和光速不变原理,建立了狭义相对论。据此他进一步得出质量和能量相当的质能公式E=mc2 。狭义相对论揭示了作为物质的存在形式的空间和时间的统一性,力学运动和电磁运动学上的统一性,进一步揭示了物质和运动的统一性,为原子能的利用奠定了理论基础。
1915年爱因斯坦创建了广义相对论,进一步揭示了四维空间时间物质的关系。根据广义相对论的引力论,他推断光处于引力场中不沿直线而是沿着曲线传播,1919年这种预见在英国天文学家观察日蚀中得到证实。1938年爱因斯坦在广义相对论的运动问题上获得重大进展,从场方程推导出物体运动方程,由此进一步揭示了时空、物质、运动和引力的统一性。
爱因斯坦在量子论方面做出了巨大贡献。1905年他提出能量在空间分布不是连续的假设,认为光速的能量在传播,吸收和产生过程中具有量子性,并圆满地揭示了光电效应。这是人类认识自然过程中,历史上首次揭示了辐射的波动性和粒子性的统一。1916年爱因斯坦在关于辐射的量子论的论文中,提出了受激辐射的理论,为今天的激光技术打下了理论基础。
广义相对论之后,爱因斯坦在宇宙与引力和电磁的统一场论两方面进行探索。为了证明天体在空间中静止的分布,以引力场为根据,提出了一个有限无边的静止的宇宙模型,该模型是不稳定的。从引力场方程可预见星系分离运动,后来的天文观测到这种星系分离运动。
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