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水雷屯卦

为什么没有高等物理,超等数学和超级物理?

高等数学其实也是基础课程,只不过理工科都要用到,其“高等”是相对于中学的比较简单的初等数学说的。

一般将中学阶段所学的代数、几何以及简单的***论逻辑称为中等数学,将微积分学,概率论与数理统计,以及深入的代数学,几何学,以及他们之间交叉称为高等数学。高等数学的精髓是微积分,高中阶段能把学生折磨死的函数题目,用微积分轻松愉快搞定。

其实,“高等”就是个名字而已,是各理工科都要用到的基础数学方法,高等数学再往上,已经没有各个学科都要用到的基础数学知识了,所以没有超等数学。再要用到更深入的数学知识,都是特别针对某一学科的了,比如,数学物理方程这门课就是物理学的基础课程,学机械、生物的就用不到。

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(图片来源网络,侵删)

除了数学之外,没有哪门课程是其他理工科的基础课程了,所以不会有“高等物理”、“高等数学”。实际上,学科研究约深入,需要分的越细。比如,中学阶段物理就叫“物理”,大学就分成了力学、电磁学、光学、热学、量子物理,这些还只是基础学科,到研究生阶段就分的更细了。

问题的询问者,估计是按照知识层次在理解和提问,比如:中学物理、大学物理。其实,数学、物理等基础学科,随着学生的学习能力和知识的接受程度的增强,知识会越来越难。中学物理、大学物理、高等物理、超级物理,仅仅是一个名称或称谓而已。

各学科发展到一定程度之后,都是细化的。我们一般所说的高等数学主要是微积分这样的数学工具,这些数学工具的应用范围极为广泛,属于基础数学工具。而深入学习的比如群轮,拓扑等等属于更为细化的分支,如果使用超等数学这样的名字实际上无法盖各学科的研究方向,所以没有这样的说法了。像物理化学这样的学科也是一样,到了大学课程分支会比较明显,内容上也会更细化,不适合把所有分支合并称高等物理这样的说法。简而言之,高等数学由于在很多专业都需要掌握,所以被统称高等数学,而很多学科针对性的很强,不具有普遍性,所以不再使用统称,而直接***用分支学科的名称。

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(图片来源网络,侵删)

群论和拓扑学有什么关系?

(文/方弦)

群论可以说是由伽罗华一手开创的数学分支,它主要研究的是各种对称性。可以说,群就是对称性的本质。而拓扑学则可以追溯到欧拉,它研究的是空间中连续变化的不变性。可以说,群论生来就属于代数的范畴,而拓扑学则是脱胎于分析。两个理论刚提出的时候,的确也没有什么关系的。

但数学毕竟是研究抽象结构的学科,在一个分支里碰见另一个分支研究的结构是常事,而往往这样的情况就会导致交叉分支的产生,很多非常漂亮的数学就是这样来的。于是,在这里有两种可能性:群论中出现了拓扑结构,或者拓扑研究中出现了群。

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(图片来源网络,侵删)

我们先来谈第一种情况。群就是对称性,一般我们说到对称性,都会想起梅花的五重对称之类的有限对称性,但无限的对称性也是存在的。如果将群的元素的***看成一个空间,有时候我们可以定义相应的拓扑空间,使得群的运算跟拓扑空间本身能和谐共处,用数学术语来说,就是令群的运算和逆元都成为拓扑空间中的连续映射。这样的话,群加上群上面定义的拓扑空间,就变成了所谓的“拓扑群”。拓扑群无处不在,比如说实数和加法组成的群,再加上我们一般定义的实数上的拓扑,就是一个拓扑群。

研究拓扑群的数学分支,就是拓扑群论。因为群是一个非常好的结构,拥有很多很规整的性质,所以在它上面定义的拓扑空间通常也会有很好的性质。而通过一些拓扑性质,比如说紧性,我们可以将有限群论中的很多结论推广到某些无限的拓扑群上。在有了拓扑之后,我们下一步还可以给群加上测度,比如说最自然的哈尔测度,由此又可以进入更广泛的调和分析这个领域。拓扑群论中研究的一些群也非常重要,比如说李群,几乎就是现代物理的数学基础之一。

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