数学学习小贴士:找到一个想法的真正名称

我们使用的名称决定了理解概念的难易程度。数学家们曾为“负数”的概念苦苦挣扎。它不存在,但也不是零?它不知怎么地 较少 比无还少?

试图协调这些想法会让你头晕目眩。所以只需重命名它:

那么"正向"和"反向"数字呢?

数轴的发明 极大地 改善了我们的理解。“反转的反转”是什么?又是正向!(即,负数乘负数等于正数的原因——更多 可视化算术.)

什么是“半反转”? 横向!

imaginary number rotation

错误的词汇限制了我们的思维。

这门学科[虚数]至今被神秘模糊所笼罩,这在很大程度上归因于不适用的符号。例如,如果+1、-1和-1的平方根分别被称为直接、反向和侧向单位,而不是正、负和虚数(甚至不可能),那么这种模糊性就根本不会出现。——卡尔·高斯

示例:计数

当我们想要对某物进行“计数”时,我们不够具体。我们使用了过于笼统的名称。

distance of 3

有两种类型的计数:

  • 决定边界的点
  • 边界之间的跨度

假设存在一个单一的、通用的“计数”会让我们陷入差一错误。那是“点的计数”还是“跨度的计数”?

“计算机科学中有两大难题:缓存失效、命名事物和差一错误。”——菲尔·卡尔顿

即使是“差一”这个名称也不是那么有帮助。那是症状,但根本原因是什么? "栅栏柱错误" 有助于识别问题发生的原因。

示例:角度

我们应该如何描述一个角?有两种看待它的方式:

  • 度数, 旋转 观察者为了追踪一个物体所经历的过程
  • 弧度,这个 距离 物体沿其路径移动

degrees vs radians

当物理公式(正弦、余弦等)要求“以弧度表示的角”时,它们的意思是“物体移动的距离”。啊哈!

(运动定律并不特别在意你作为观察者必须倾斜多少头部。抱歉。)

示例:积分

积分 (Integrals) 通常被描述为微分的逆运算,即求曲线下的面积,等等。

这个重新命名怎么样: 积分是花哨的乘法.

就是这样。你试图将两个量相乘,但你不能——其中一个家伙正在四处乱窜——所以你就使用积分。

“如果我以稳定的30英里/小时的速度行驶3小时,我只需直接相乘。但由于我的速度在变化,我将进行积分。”

把微积分想成“高级乘法”,而不是“微分的逆运算”。(除非你真的在解微分方程,那就另当别论了。)

示例:勾股定理

大多数公式都以发明者的名字命名。给予认可固然好,但对学习者无益。对于勾股定理,我们可以尝试几个别名:

  • 三角形定理: 已知直角三角形两边,可求第三边。 2d triangle
  • 距离定理: 计算任意维度中两点之间的距离。(通过想象它们处于一系列三角形上。) 3d pythagorean theorem distance
  • 权衡定理: 找出沿任意方向移动时的权衡(牺牲多少“x距离”以换取“y距离”)。利用此,我们可以 沿着梯度方向 寻找最优方向。
    trading x for y

脑中有了恰当的表述,数学会变得容易得多。就用“距离定理”来表示距离,用“权衡定理”来寻找最佳移动方向。

即使你忘了公式,你也知道它如何应用。否则,你只记住了“勾股定理”这个名称,却不明白为什么需要它。

示例:自然常数e

一个超级常见的问题是“为什么自然常数 e 很重要?”其实答案就在名字里。

e 是“通用增长常数”,就像 c 是“光速常数”一样。c 是完美的速度(无法再改进),e^x 是完美的增长(无法再复利)。

continuous growth

e^x 是我们看到的当 100% 无延迟复利。为什么是100%?对称性,宝贝:我们的增长率与当前量匹配。(类似地,我们在单位圆上做三角学,用1.0作为计数的基本增量,等等。)

一旦我们拥有了完美,就可以根据场景进行修改。也许我们增长的时间更长,或者以不同的速率——没关系,只需修改 e^x。

把 e 称为“欧拉常数”并不具有描述性。“通用增长常数”更有帮助。

示例:矩阵乘法

我最近热衷于线性代数。与其用“矩阵乘法”(对我们所做事情的非常枯燥的描述),不如用 "将数据通过运算处理" (或“运行电子表格”)。

matrix multiplication

一个矩阵代表操作,一个矩阵代表数据,我们是在通过管道运行数据。

是的,在 一些 情况下你可以想象“线性变换向量空间”,但很多时候我们只是在变换数据。

如果你出了错呢?与其说“你乘错了”(呃,谢谢),不如说“操作要求不同大小的数据。”啊!我知道该修什么了。

自创名称

他们从没告诉你,给事物自己命名会让数学变得简单多少。我用任何能帮到我的类比、隐喻或大白话来描述。它们可能听起来很傻,但比起困惑,这种感觉好多了。

有一个古老的概念:知道事物的名字就能拥有掌控它的力量。对数学来说似乎真是这样。

附录:庞加莱论命名

一位著名数学家曾有一句关于命名的精彩名言:

“数学是给不同事物取相同名字的艺术。”——亨利·庞加莱

数学常常找出事物的共性(两只鸟,两条鱼 => "二性")。但要内化一个概念,我们需要多种方式描述同一事物。尽可能多地使用名称:每一个都是一剂能够治疗我们困惑的抗生素,也许有一个会起作用。

附录:速查表

我有一个 直觉速查表 包含许多概念的重述。

better explained cheatsheet

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