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
83
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
1813
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
3942

(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 
Заслуженный участник


20/04/10
1889
$0=0$
По-моему, это лучшее. Остальное получается тождественными преобразованиями.

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


23/02/12
3372
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
1238
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
10982
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
12109
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: Bing [bot]


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