數(shù)學家揭示“等于”在數(shù)學中具有多種含義
有一些漂亮的模糊的概念在數(shù)學中,這可能很難理解,但“等于”的含義是我們認為我們已經(jīng)涵蓋的含義。
事實證明,數(shù)學家實際上無法就兩個事物相等的定義達成一致,這可能會給越來越多地用于檢查數(shù)學證明的計算機程序帶來一些麻煩。
這場學術爭吵已經(jīng)持續(xù)了幾十年,但最終達到了頂峰,因為用于“形式化”或檢查證明的計算機程序需要有明確、具體的指令;不是對數(shù)學概念的模棱兩可的定義,這些概念可以解釋或依賴于計算機所沒有的上下文。
倫敦帝國理工學院的英國數(shù)學家凱文·巴扎德(Kevin Buzzard)在與計算機程序員合作時遇到了這個問題,這促使他重新審視定義“這等于那”,“挑戰(zhàn)各種關于平等的合理口號”。
“六年前,”Buzzard在他的預印本中寫道發(fā)布到 arXiv 服務器,“我以為我理解了數(shù)學相等。我以為這是一個定義明確的術語......然后我開始嘗試在計算機定理證明器中做碩士水平的數(shù)學,我發(fā)現(xiàn)相等是一個比我想象的更棘手的概念。
等號 (=) 的兩條平行線優(yōu)雅地表示放置在兩側的物體之間的奇偶校驗,是由威爾士數(shù)學家發(fā)明的,羅伯特·雷克雷,在1557年。
它一開始沒有流行起來,但隨著時間的推移,Recorde 的出色直觀符號取代了拉丁語短語“aequalis”和后來奠定了基礎用于計算機科學。在發(fā)明整整 400 年后,等號于 1957 年首次被用作計算機編程語言 FORTRAN I 的一部分。
平等的概念有一個更長的歷史不過,至少可以追溯到古希臘?,F(xiàn)代數(shù)學家在實踐中使用“相當松散”的術語,Buzzard寫.
在熟悉的用法中,等號設置了描述代表相同值或含義的不同數(shù)學對象的方程式,這可以通過一些開關和左右邏輯轉換來證明。例如,整數(shù) 2 可以描述一對對象,1 + 1 也可以。
但是,自19世紀末集合論出現(xiàn)以來,數(shù)學家們一直在使用相等的第二種定義。
集合論不斷發(fā)展,數(shù)學家對等式的定義也隨之擴展。像 {1, 2, 3} 這樣的集合可以被認為是與像 {a, b, c} 這樣的集合“相等”的,因為有一種稱為規(guī)范同構的隱式理解,它比較了群結構之間的相似性。
“這些集合以一種完全自然的方式相互匹配,數(shù)學家們意識到,如果我們也稱它們相等,那將非常方便,”Buzzard說告訴新科學家亞歷克斯·威爾金斯。
然而,將規(guī)范同構視為平等現(xiàn)在正在造成“一些真正的麻煩”,Buzzard寫,對于試圖使用計算機形式化證明(包括幾十年前的基礎概念)的數(shù)學家來說。
“到目前為止,沒有一個(計算機)系統(tǒng)能捕捉到格羅滕迪克等數(shù)學家使用等號的方式,”Buzzard說告訴威爾金斯指的是亞歷山大·格羅滕迪克(Alexander Grothendieck),他是20世紀的主要數(shù)學家,他依靠集合論來描述相等性。
一些數(shù)學家認為他們應該重新定義數(shù)學概念,以形式等同于具有相等性的規(guī)范同構。
Buzzard不同意。他認為,數(shù)學家和機器之間的不一致應該促使數(shù)學思維重新思考他們所說的數(shù)學概念到底是什么意思,因為數(shù)學概念是平等的基礎,這樣計算機就可以理解它們。
“當一個人被迫寫下自己的真正含義,并且無法躲在這些定義不清的詞語后面時,”巴扎德說寫.“人們有時會發(fā)現(xiàn)自己必須做額外的工作,甚至重新思考某些想法應該如何呈現(xiàn)?!?/p>
該研究已發(fā)布在arXiv(阿爾希夫酒店).
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