史宁中谈三种基本数学数学

编者按：

前几天我们转发了史宁中校长的文章

网友大量转发评论。我们今在转发他的一篇文章以飨读者。

数学思想是数学文化的核心，因为数学文化是数学的形态表现，可以包括：数学形式、数学历史、数学思想。其中思想是本质的，没有思想就没有文化。

　　 一、数学思想是什么

　　 数学思想需要满足两个条件：一是数学产生、发展过程中所必须依赖的那些思想，二是学习过数学的人所具有的思维特征。可以归纳为三种基本思想：抽象、推理和模型。通过抽象，把外部世界与数学有关的东西抽象到数学内部，形成数学研究的对象；通过推理，得到数学的命题和计算方法，促进数学内部的发展；通过模型，创造出具有表现力的数学语言，构建了数学与外部世界的桥梁。

　　 二、什么是抽象

　　 数学抽象包括：数量与数量关系的抽象，图形与图形关系的抽象。通过抽象得到数学的基本概念：研究对象的定义，刻画对象之间关系的术语和运算方法。这是从感性具体上升到理性具体的思维过程，只是第一次抽象。在此基础可以凭借想象和类比进行第二次抽象，其特点是符号化，得到那些并非直接来源于现实的数学概念和运算方法。

　　 数量与数量关系的抽象。数学把数量抽象成数；数量关系的本质是多与少，抽象到数学内部就是数的大小。由大小关系派生出自然数的加法。数的四则运算，都是基于加法的。数学还有一种运算，就是极限运算，这涉及到数学的第二次抽象，微积分的运算基础是极限。为了合理解释极限，1821年柯西给出了ε-δ语言，开始了现代数学的特征：研究对象的符号化，证明过程的形式化，逻辑推理的公理化。数学的第二次抽象就是为这些特征服务的。

　　 图形与图形关系的抽象。欧几里得最初抽象出点、线、面这些几何学的研究对象是有物理属性的，随着几何学研究的深入，特别是非欧几何学的出现，人们需要重新审视传统的欧几里得几何学。1898年希尔伯特给出了符号化的定义，基于五组公理，实现了几何研究的公理体系。这些公理体系的建立，完成了数学的第二次抽象。至少在形式上，数学的研究脱离了现实，正如希尔伯特所说：无论称它们为点、线、面，还是称它们为桌子、椅子、啤酒瓶，最终得到的结论都是一样的。

　　 三、什么是推理

　　 数学主要依赖的是逻辑推理，通过推理形成各种命题、定理和运算法则。虽然数学逐渐形成各个分支，甚至形成各种流派，但因为研究的出发点是一致的，推理规则是一致的，因此，至少到现在的结果表明，数学的整体一致性是不可动摇的。数学似乎蕴含着类似真理那样的合理性。

　　 推理是指从一个命题判断到另一个命题判断的思维过程，命题是可供判断的语句；有逻辑的推理是指命题内涵之间具有某种传递性。有两种形式的逻辑推理，一是归纳推理，一是演绎推理。归纳推理是命题内涵由小到大的推理，是一种从特殊到一般的推理，通过归纳推理得到的结论是或然的。借助归纳推理，从经验过的东西出发推断未曾经验过的东西。演绎推理是命题内涵由大到小的推理，是一种从一般到特殊的推理，通过演绎推理得到的结论是必然的。借助演绎推理可以验证结论的正确性，但不能使命题的内涵得到扩张。

　　 数学结论之所以具有类似真理那样的合理性，正是因为推理过程遵循了这两种形式的推理。

　　 四、什么是模型

　　 数学模型与数学应用有所区别：数学应用可以泛指应用数学解决实际问题的所有事情，数学模型更侧重于用数学的概念、原理和思维方法描述现实世界中的那些规律性的东西。数学模型使数学走出数学的世界，构建了数学与现实世界的桥梁。通俗说，数学模型是用数学的语言讲述现实世界的故事。

　　 数学模型的出发点不仅是数学，还包括现实世界中的那些将要讲述的东西；研究手法需要从数学和现实这两个出发点开始；价值取向也往往不是数学本身，而是对描述学科所起的作用。但是，数学家们在构建数学模型和实际应用的过程中，必然会从数学的角度汲取"创造数学的"的灵感，促进数学自身的发展，就像冯?诺伊曼所说过的那样。

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