2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


В раздел Пургаторий будут перемещены спорные темы (преимущественно псевдонаучного характера), относительно которых администрация приняла решение о нецелесообразности продолжения дискуссии.
Причинами такого решения могут быть, в частности: безграмотность, бессодержательность или псевдонаучный характер темы, нарушение автором принципов ведения дискуссии, принятых на форуме.
Права на добавление сообщений имеют только Модераторы и Заслуженные участники форума.



Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2, 3  След.
 
 Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 09:35 


20/02/20
67
Салют,народы!С Новым годом,уважаемые знатоки и любители математики!
Давайте в новогодний вечер отложим в сторону копья на математических ристалищах и поговорим о вечной красоте математических формул.Чемпион известен-это,безусловно,формула $$  e^{\pi i}=-1.$$
Математика=триединство алгебры,геометрии и анализа,и в формуле неразрывно сплетены в одно целое все три ветви:"мистические" числа $i$ и $-1$,недоступные для понимания большинству людей еще пару столетий назад,геометрическая "мировая константа" $\pi$ и,наконец,число $e$,которое(наряду с $\pi$) "правит бал" в анализе.По выразительности и лаконичности этой формуле нет равных.Кстати,такого же мнения и один из крупнейших современных математиков Ю.Манин.
Но кто на следующем месте? Предлагаю провести своеобразный "конкурс красоты" математических формул и высказать свое мнение.Конечно,сколько людей-столько мнений,и все же,все же... Оставим в стороне физические формулы (типа $E=mc^2$ и т.п.) и сосредоточимся на формулах из мира математики.Критериями красоты формулы предлагаю следующие(разумеется,точно сформулировать их невозможно,но смысл понятен каждому).
1.Общематематическое значение формулы(а не в одной узкоспециализированной области математики).
2.Простота и выразительность формулы.
3.Внешняя красота формулы,гармоничность отдельных частей и присущая ей "симметрия"(что-то вроде
$\log_a{b}\cdot \log_b{a}=1$).
Присылайте свои варианты ответов,а в будущем году подведем итоги определения "рейтинга" математических формул.Еще раз поздравляю всех участников форума с Новым годом!

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 11:22 


15/11/20
179
Россия, Москва.
Красота формулы заключается в её научной ценности.
$h \cdot c \cdot G=1$ (ЕСЕ Планка).

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 12:04 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


05/12/09
1769
Москва
kazvadim в сообщении #1498446 писал(а):
Красота формулы заключается в её научной ценности.
$h \cdot c \cdot G=1$ (ЕСЕ Планка).
Это физическая формула, а не математическая.

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 12:18 
Аватара пользователя


27/02/12
3714

(Оффтоп)

kazvadim в сообщении #1498446 писал(а):
Красота формулы заключается в её научной ценности.

Вопрос дилетанта. А это увязывается с Лагранжианом Стандартной модели?
alisa-lebovski в сообщении #1498450 писал(а):
Это физическая формула, а не математическая.

:shock:

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 14:56 
Аватара пользователя


16/03/17
475
Формулы это все же не картины, поэтому мне кажется их красота, как и красота математики в целом, больше в том, когда они открывают нечто совершенно новое, проясняют неожиданные связи, помогают что-то понять и упростить. Есть известное выражение, что математика это когда сложное делается простым.

По этой же причине, красота, часто даже бОльшая, может быть не только в формулах, но и в новых понятиях, теоремах и структурах. Особенно в базовых понятиях и методах, которые оказываются универсальными.

Некоторое из того, что особенно запомнилось мне:

Теория множеств:
1. Само понятие множества, в котором принципиально, что это не просто "некая совокупность", а переход от индивидуальных объектов (элементов) со своими свойствами, через выделение некоторых общих признаков в них (что и есть суть метода абстракции), в нечто, что теперь становится новым единым объектом. И теперь об этом объекте можно думать и оперировать им "целиком" как мы раньше оперировали более мелкими индивидуальными объектами.
2. Понятия классов эквивалентности и фактормножества, которые проходят практически через всю математику, обогащаясь при этом структурами в соответствующих множествах (группы, кольца и т.д.). Аналогично как и начальному понятия множества, это пример построения множества из отдельных объектов, но здесь сразу два шага (сначала классы эквивалентности как новые объекты, а потом следующий уровень и следующий объект - множество из них), и построение проходит по некоторым четким правилам, которые, как оказываются, встречаются и актуальны повсюду. Включая самые уж бытовые ситуации, когда люди говорят о "четных" и "нечетных" числах, даже не задумываясь, что оперируют здесь классами эквивалентности аналогично тому, как оперировали с обычными целыми числами. Также здесь встречается универсальная идея "забывания" части свойств индивидуальных объектов и выделение только наиболее важных (которая потом, в других вариантах, также проявляется в теории категорий, включая само понятие категории).
3. Диагональный метод Кантора и как он проявляется в разных доказательствах, например неравномощности множества и множества его подмножеств. (Это менее известный способ доказательства данной неравномощности, но он "конструктивнее" и ИМХО психологически понятнее и проще, чем стандартный способ "рассмотрим множество, состоящее из всех элементов, не принадлежащих своим образам...").
4. Теорема Кантора — Бернштейна. Наверное, единственное нетривиальное доказательство в элементарной теории множеств, и при этом очень красивое.

Алгебра, теория чисел, теория категорий:
5. Некоторые из теорем теории групп, например теорема Кэлли и теорема Лагранжа. Очень простые, даже очевидные, но при этом очень глубокие. Это также хороший пример, когда введение "правильных" новых определений (например, смежных классов) часто делает практически очевидным утверждения и теоремы, которые, казалось бы, к ним не относились.
6. Приложения теорий групп и колец к элементарной теории чисел (снова теорема Лагранжа, идеалы и т.д.).
7. Понятия категории как переход на следующий уровень абстракции. Такие переходы - одно из самых важных в математике, поскольку не только позволяют узнать нечто принципиально новое, но и делают проще и понятнее предыдущие уровни абстракции, поскольку разные объекты и их свойства теперь часто описываются единым образом. А главное, начинаешь понимать что там "на самом деле" происходит.
8. А также начала теории категорий, особенно такие понятия как универсальное свойство (как нечто выглядит по-разному в разных структурах, но при этом имеет, по сути, один и тот универсальный смысл) и естественное преобразование (полезное даже в простых приложениях, например в линейной алгебре).

Анализ:
9. Построение вещественных чисел через дедекиндовы сечения. Можно, конечно, все строить чисто аксиоматически, но только одно из "конструктивных" построений модели вещественных чисел позволяет понять почему аксиома полноты именно такая, а значит, с учетом ее принципиальной важности, более уверенно чувствовать себя в будущем. (Кроме дедекиндовых сечениий есть и другие построения, но сечения в свое время мне понравились больше всего.)
10. Построение практически всей теории непрерывных функций на основе всего одного свойства: полноты/непрерывности вещественных чисел. Также - несколько эквивалентных формулировок этого свойства, т.е. как некоторое свойство может проявляться и формулироваться сразу в нескольких вариантах.
11. Понятие предела по базе, как оно проявляется в разных ситуациях (последовательности, функции, интеграл Римана) и как позволяет проводить универсальные доказательства вроде бы совсем разных теорем.
12. Формула Тейлора и ряд Тейлора. Сначала кажется сложным, но все доказательство сводится к элементарной оценке остаточного члена по (тоже элементарной) теореме Лагранжа о конечном приращении.
13. Общая теорема/формула Стокса как обобщение и упрощение сразу нескольких формул, которые раньше казались несвязанными и некоторые довольно сложными: формула Ньютона — Лейбница, теорема Грина, формула Кельвина — Стокса, формула Остроградского — Гаусса.

И отдельно от "красоты" выделю такое понятие как "загадка" с главным представителем под логичным для него номером:

$2^{82,589,933} - 1$. Простые числа. (Которые настолько же "простые", как Тихий океан - "тихий".) Мне до сих пор удивительно как такие естественные и очевидные понятия как целые числа и операции над ними сразу приводят к сложнейшему понятию "простых чисел" с точки зрения их нахождения и распределения среди остальных чисел. Ты еще фактически ничего не придумал, спокойно сидел и никого не трогал, только стал складывать палочки, и вдруг сразу появляется нечто, распределенное между ними странным и удивительным образом.

Одно дело когда непонятны физика и природа в целом - мало ли что могло произойти во время Большого взрыва и после него, сколько есть Вселенных, что там находится на субквантовом уровне, что такое человеческое сознание... это все исключительно интересные вещи, и многое в них может быть совершенно непонятно, но ощущения странности и нелогичности здесь нет (а на крайний случай - да здравствует антропный принцип).

И всякие отрицательные, иррациональные и комплексные числа по сравнению с простыми - образец логичности и понятности. Что-то добавляем, расширяем, все аккуратно и логично растет наверх и в стороны.

Но как, откуда и почему нечто настолько странное как простые числа и их распределение вдруг и само по себе появляется в целых числах?? Здесь уже не помогут квантовые случайности, неопределенности, мультивселенные, супердетерминизм, антропный принцип и другие способы объяснения почему наш мир именно такой. Это уж точно существует объективно и вне нас, но почему оно такое?

Была когда-то мысль, что, возможно, дело в том, что базовых арифметических операций сложения, умножения и их известных производных и комбинаций недостаточно для понимания распределения простых чисел (а заодно, возможно, и других задач теории чисел) и нужны какие-то принципиально новые операции. Но назвать это конструктивной идеей сложно, поскольку непонятно куда двигаться. Можно, конечно, придумать что угодно, как и в целом можно придумать алгебраическую структуру с самыми экзотическими отношениями на ней, но непонятно что именно и как это будет полезно. Или может уже были какие-то попытки в этом направлении?

Но скорее всего, дело просто в том, что несмотря на то, что загадки распределения простых чисел и их свойств появляются сразу в арифметике, т.е. кажутся самыми базововыми и элементарными, это одни из самых глубоких проблем в математике, и их решение и настоящее понимание будут требовать еще пары столетий развития математики. Как минимум, сначала нужно будет доказать гипотезу Римана :) И при этом количество и глубина проработки требуемых разделов математики для понимания для всего этого будет намного больше, чем использовалось для доказательства Великой теоремы Ферма.

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 16:06 


20/04/10
1776
$0=0$
По-моему, это лучшее. Остальное получается тождественными преобразованиями.

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 16:47 


23/02/12
3144
Odysseus Согласен с Вами - простые числа это первый сложный объект, который встречается в теории чисел. Второй сложный обьект это арифметические функции. Их распределение на натуральном ряде одна из интересных проблем!

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение31.12.2020, 17:45 


15/11/20
179
Россия, Москва.
alisa-lebovski в сообщении #1498450 писал(а):
kazvadim в сообщении #1498446 писал(а):
Красота формулы заключается в её научной ценности.
$h \cdot c \cdot G=1$ (ЕСЕ Планка).
Это физическая формула, а не математическая.
Физическая формула - условное название математической формулы для обозначения области применения. С Новым годом!

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение01.01.2021, 21:19 
Аватара пользователя


07/03/16

3167
kazvadim в сообщении #1498500 писал(а):
Физическая формула - условное название математической формулы для обозначения области применения.

Но у вас не формула. И размерность не совпадает, и постоянная Планка вместо постоянной Дирака.

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение01.01.2021, 22:43 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/07/09
1178
lel0lel в сообщении #1498481 писал(а):
$0=0$
По-моему, это лучшее. Остальное получается тождественными преобразованиями.

$A = A$ тогда уж. Он же закон тождества, третий закон формальной логики, третья глава "Атланта"...

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение02.01.2021, 12:13 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/09/06
10440
genk в сообщении #1498438 писал(а):
$$  e^{\pi i}=-1.$$

Как вариант: $$\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-x^2}dx=\sqrt{\pi}.$$
Кто-то из великих сказал, что истинному математику эта формула должна быть "очевидна".

kazvadim в сообщении #1498446 писал(а):
Красота формулы заключается в её научной ценности.

Я бы добавил: "... делённой на длину (сложность)".

Odysseus в сообщении #1498469 писал(а):
Теория множеств:
1. Само понятие множества, в котором принципиально, что это не просто "некая совокупность", а переход от индивидуальных объектов (элементов) со своими свойствами, через выделение некоторых общих признаков в них (что и есть суть метода абстракции), в нечто, что теперь становится новым единым объектом. И теперь об этом объекте можно думать и оперировать им "целиком" как мы раньше оперировали более мелкими индивидуальными объектами.

По-моему, понятие "множество" - именно в этом смысле - является историческим недоразумением. Всё это характерно для "объектов второго порядка", кои появляются в виде переменных в логике второго порядка. В логике первого порядка такие сущности, как "свойство", "отношение" и прочие предикаты и функции существуют только в форме констант, в то время как переменные предусмотрены только для "предметов", каковыми "совокупности" по умолчанию не являются.

Так что толкование "совокупностей" как объектов нового типа - это, скорее, из области логики, то бишь в какую-то там отдельную "теорию множеств" оно вылилось исключительно по недоразумению.

Legioner93 в сообщении #1498597 писал(а):
$A = A$ тогда уж. Он же закон тождества, третий закон формальной логики, третья глава "Атланта"...

Закон тождества: $$A \to A.$$
Равенство - это не логическая связка, а бинарное отношение. Соответственно, то, что Вы написали, это одна из аксиом, определяющих отношение эквивалентности. А именно, аксиома рефлексивности.

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение02.01.2021, 17:08 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
genk в сообщении #1498438 писал(а):
Чемпион известен-это,безусловно,формула $$  e^{\pi i}=-1.$$
Это глупости, куда полезнее формула $\exp it = \cos t + i\sin t$. Или хотя бы утверждение, что наименьшее положительное $t$, при котором $\exp it = 1$, равно $2\pi$. Минус единица справа от знака равенства достаточно полезных связей к жизни не вызывает; куда полезнее будет тогда $i^2 = -1$, хотя это не сказать чтобы формула, за определение тоже не сойдёт, но мысль, что стоит рассматривать не вещественные объекты, квадрат которых является любым вещественным числом и в частности $0, \pm1$, была для математики плодотворной.

lel0lel в сообщении #1498481 писал(а):
$0=0$
По-моему, это лучшее. Остальное получается тождественными преобразованиями.
Тогда уж $\top$ (тождественно истинная формула—константа). :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение02.01.2021, 17:21 


05/09/16
11524
genk в сообщении #1498438 писал(а):
формул.Чемпион известен-это,безусловно,формула $$  e^{\pi i}=-1.$$

Мне кажется эта формула ещё чемпионистее в виде $$  e^{\pi i}+1=0$$

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение02.01.2021, 17:31 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Такая формула лично мне кажется ещё более скучной/вредной/популистской. Ах пять мировых констант, ах три арифметических действия — всё это мы проходили, а толку-то с такой нумерологии?

 Профиль  
                  
 
 Re: Красота математической формулы
Сообщение02.01.2021, 17:36 


21/05/16
4292
Аделаида
Тогда уж $\left(\lim\limits_{x\to\infty}\left(1+\dfrac1x\right)^x\right)^{2\sqrt{-1}\arcsin1}+\sin^2\sqrt3+\cos^2\sqrt3=0^{0^0}$ :-) (по аналогии с известным примером усложнения $2+2=4$).

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 38 ]  На страницу 1, 2, 3  След.

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group