数学作为语言:理解等号

人们很容易忘记数学是一种语言,用于 交流思想用文字表达,“二加三等于五”很冗长。用符号代替数字和运算会有帮助:“2 + 3 is equal to 5”。

但我们还能做得更好。1557年,Robert Recorde 发明 发明了等号,用两条平行线(=)表示,因为“没有两样东西能比这更相等了”。

“2 + 3 = 5”更容易阅读。不幸的是,“等于”的含义随上下文而变化——问问那些必须区分 =、== 和 === 的程序员就知道了。

A“等于”B是一个泛泛的结论:我们 特定关系 试图传达什么?

简化

我将“2 + 3 = 5”理解为“2 + 3 可以简化为 5”。等号将左侧的复杂形式转换为右侧等价的、更简单的形式。

临时赋值

像“speed = 50”这样的语句意思是“在这个场景下,速度为50”。它仅适用于当前问题,不需要记住这个“事实”。

基本联系

考虑一个 数学真理 像 $a^2 + b^2 = c^2$,其中 a、b、c 是直角三角形的边。

我将这个等号理解为“必须始终等于”或“可以被视为”,因为它陈述的是一个永久关系,而非巧合。$3^2 + 4^2 = 5^2$ 的算术是一个简化;$a^2 + b^2 = c^2$ 的几何则是一个深刻的数学真理。

公式用于 从1加到n 是:

\displaystyle{\frac{n(n+1)}{2}}

可以被视为一种几何重新排列、组合数学、平均甚至列表制作。

事实定义

像这样的语句

\displaystyle{e = \lim_{n\to\infty} \left( 1 + \frac{100\%}{n} \right)^n}

是我们选择的定义;左侧是右侧的简写。它类似于临时赋值,但保留给在不同场景下不会改变的“事实”(e 在每个方程中总是相同的值,但“speed”可以变化)。

约束条件

这是一个棘手的例子。我们可能会写

x + y = 5

x – y = 3

这表示我们 想要 是真实的。我把这个理解为“x + y 应该等于 5,如果可能的话”,而“x – y 应该等于 3,如果可能的话”。如果我们满足约束 (x=4, y=1),那就太好了!

如果我们不能同时满足两个目标 (x + y = 5; 2x + 2y = 9),那么这些方程单独可能成立,但无法同时成立。

实例:揭秘欧拉公式

理清等号(equals sign)的含义帮助我理解了 欧拉公式:

\displaystyle{e^{i \cdot \pi} = -1}

真是个奇怪的家伙。这究竟是哪种“等于(equals)”?

学究可能会说这只是一个化简,然后搬出微积分(Calculus)来证明。但这没有启发性:这里有一个需要发现的基本关系。

e^i*pi 指向与 -1 相同的目的地。两根手指指向同一个月亮。

它们都是描述“单位圆的另一边,180度之外”的方式。-1 直接穿过草地走过去,而 e^i*pi 则走风景路线,通过虚数维度旋转。这适用于圆上的任何点:旋转过去,或者直线移动。

euler's formula

两条路径通向同一个目的地: 那是 它们的相等意味着什么。超越泛泛的等号,找到更深层、更具体的联系(“化简为”、“被选择为”、“指代同一个概念”)。

数学愉快。

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