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數學(Mathematics)是研究數量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科。透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察中產生。數學家們拓展這些概念,為了公式化新的猜想以及從合適選定的公理及定義中建立起嚴格推導出的真理。[1]
基礎數學的知識與運用總是個人與團體生活中不可或缺的一塊。其基本概念的精煉早在古埃及、美索不達米亞及古印度內的古代數學文本內便可觀見。從那時開始,其發展便持續不斷地有小幅的進展,直至16世紀的文藝復興時期,因著和新科學發現相作用而生成的數學革新導致了知識的加速,直至今日。[2]
今日,數學被使用在世界上不同的領域上,包括科學、工程、醫學和經濟學等。數學對這些領域的應用通常被稱為應用數學,有時亦會激起新的數學發現,並導致全新學科的發展。數學家亦研究沒有倀何實際應用價值的純數學,即使其應用常會在之後被發現。[3]
創立於二十世紀三十年代的法國的布爾巴基學派認為:數學,至少純粹數學,是研究抽象結構的理論。結構,就是以初始概念和公理出發的演繹系統。布學派認為,有三種基本的抽象結構:代數結構(群,環,域……),序結構(偏序,全序……),拓撲結構(鄰域,極限,連通性,維數……)。
詞源
數學
(mathematics, 希臘語:μαθηματικά)這一詞在西方源自於古希臘語的μάθημα (máthēma),其有學習、學問、科學,以及另外還有個較狹意且技術性的意義-「數學研究」,即使在其語源內。其形容詞μαθηματικός (mathēmatikós),意義為和學習有關的或用功的,亦會被用來指數學的。其在英語中表面上的複數形式,及在法語中的表面複數形式les mathématiques,可溯至拉丁文的中性複數mathematica,由西塞羅譯自希臘文複數τα μαθηματικά (ta mathēmatiká),此一希臘語被亞里士多德拿來指「萬物皆數」的概念。[4][5]
歷史
主條目:數學史
圖片參考:
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奇普,印加帝國時所使用的計數工具。
數學,起源於人類早期的生產活動,為中國古代六藝之一,亦被古希臘學者視為哲學之起點。數學的希臘語μαθηματικός (mathematikós)意思是「學問的基礎」,源於μάθημα (máthema)(「科學,知識,學問」)。
數學的演進大約可以看成是抽象化的持續發展,或是題材的延展。第一個被抽象化的概念大概是數字,其對兩個蘋果及兩個橘子之間有某樣相同事物的認知是人類思想的一大突破。 除了認知到如何去數實際物質的數量,史前的人類亦了解瞭如何去數抽象物質的數量,如時間-日、季節和年。算術(加減乘除)
也自然而然地產生了。古代的石碑亦證實了當時已有幾何的知識。
更進一步則需要寫作或其他可記錄數字的系統,如符木或於印加帝國內用來儲存數據的奇普。歷史上曾有過許多且分歧的記數系統。
從歷史時代的一開始,數學內的主要原理是為了做稅務和貿易等相關計算,為了了解數字間的關係,為了測量土地,以及為了預測天文事件而形成的。這些需要可以簡單地被概括為數學對數量、結構、空間及時間方面的研究。
到了16世紀,算術、初等代數、以及三角學等初等數學已大體完備。17世紀變數概念的產生使人們開始研究變化中的量與量的互相關係和圖形間的互相變換。在研究經典力學的過程中,微積分的方法被發明。隨着自然科學和技術的進一步發展,為研究數學基礎而產生的集合論和數理邏輯等也開始慢慢發展。
數學從古至今便一直不斷地延展,且與科學有豐富的相互作用,並使兩者都得到好處。數學在歷史上有著許多的發現,並且直至今日都還不斷地發現中。依據Mikhail B. Sevryuk於美國數學會通報2006年1月的期刊中所說,「存在於數學評論資料庫中論文和書籍的數量自1940年(數學評論的創刊年份)現已超過了一百九十萬份,而且每年還增加超過七萬五千份的細目。此一學海的絕大部份為新的數學定理及其證明。」[6]