《[2026-04-22]数学学习笔记》
(1)
我按照四个领域,去规划我的学习路线,即代数、几何、分析、元数学。
我是按照两个顺序去规划的:发生学探索+逻辑性环节。
探索的顺序,即发生学历史,操作、探索、扩张。
逻辑的顺序,即逻辑必然性,后一环的操作依赖前一环的规范,有A才有B,没A就没B,这是充要条件。
其中并不能算是绝对严谨,还包含了一部分具象到抽象、简单到严密的顺序为辅助。
发生学:人类如何一步步发现它。
逻辑性:下一步如何依赖上一步,或者是一个追问,“如果没有A,B还存在吗?”。
知识范围驳杂,于是我选择K12-小学到高中的数学知识为范围,辅之大学数学。
(2)
数学的学习路线之所以难以梳理,是因为它有着多重标准夹杂。
而且数学探索的顺序,多观点+反观性+跨领域+逻辑性+发展性+严密化……就像每一处都是一个向量,而方向有时彼此冲突,而单一向量并不能统合其他领域,就像一个网络中的点,各向异之。
试举一例,x²+2x+5=0,从其定性-它是什么,然后决定了方向。
能从中得到的数学内部的解读方向:
1.向后看
一个算术式+等式,于是可以回溯到四则运算,然后到皮亚诺、zfc公理,这是一个严密化的顺序,这是往后。
2.向前看
一个多项式,这是往前,看做是一个方程式。
3.向前分裂
然后,多项式分裂出方程式或者函数式的解读,这是一个平行的顺序。
类似还有把它看做一个代数式,还是把它看做一条抛物线,这是代数与几何的选择,也是平行的,跨领域。
4.向上看
求根公式观察它的根的规律,置换一下,这是群论,是向上抽象。
5.向上分裂
向上抽象还会有不同的视角,即针对不同部分进行不同的操作。
求根公式是对根的操作,那么对根的取值改变呢?数集变成1到12,或者又变成复数云云,就是模运算。
然后,还有数学外部的视角。
6.三维看
即元数学的视角,在范畴论、证明论或者其他的视角。
它研究的是这个式子作为一个具有数学性的对象,其上的数学性的反思。
除此之外,还会遇到数学外部的顺序组织。
1.教学任务
集合论是19世纪的现代数学的产物,然而高中则开始学习,但从逻辑顺序而言,这又小学就能学,但集合论初步可以小学接触,那群论能小学就接触加法运算是符合二元运算的阿贝尔群吗?自然不能。
2.历史探索
很经典的,指数与对数的历史先后顺序,对数反而早于指数。
在历史中的数学进展是有偶然性的,但这种偶然性其实一部分也在于数学本身的性质。
(3)
于是我暂且按照我的需求,遵循发生学探索+逻辑性依赖,归纳出四个链条。
1.代数链
计数-算术式-等式与不等式-数论-代数式与整式-方程式-函数式与映射关系-抽象代数结构。
解释:
先有数字,递进计数,命名数字,才有了数学对象。
然后是运算操作,有了1234,才能加减乘除。
然后运算有了数量与等价关系,于是需要等式与不等式。
接着是数论,数字的性质是关系中被赋予的,假设集合A只有2一个元素,2没有性质,假设集合B有12345,但请你不进行运算得到4是2的倍数这种乘法操作?
然后是代数式与整式,字母与数字与运算结合起来。
接着是方程式,方程把字母变成未知量求解。
再接着是函数式与映射关系,不再关心具体数,而是数字变化的关系。
然后进展到抽象的代数结构,观察空间、代数运算等的结构性关系。
从具体公式到研究这个公式的关系性,再研究关系的关系,无限反观,从初等数学的具体问题中找到抽象视角。
高等数学是对初等数学的抽象化,以及对高等数学自身的抽象化。
群论来自解方程,概形理论是对代数几何的更一般化抽象。
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2.几何链
几何直观-元素抽象-数形结合-形状规范-度量几何-AB线分支-几何空间结构。
A线几何证明分支:公理命题-几何变换-演绎几何。
B线几何解析分支:平面与解析几何-立体与高维几何。
解释:
先有最初的空间直观,有了具体图像,这里也包含人类的先天认识能力,康德的先验直观云云。
接下来抽象出点线面等基本几何元素,而线段AB这种命名本身,就已经是数形结合。
形状规范,即几种基本图形,譬如三角形,当做一个集合,这个集合存的元素是边、角、点这些元素+元素之间的数量关系。
至于数量关系,可以理解为一个运算式/法则/命题/函数映射之类,再把这个数量关系赋予到这个集合上,它不是元素,但它是集合中元素的关系。
换言之,三角形A={元素集A,关系集R}。
至于度量几何,则是需要运算测量,比如长宽高,比如周长面积等等。
接下来,有了一个平行的分支。
A线是几何证明的路线,欧几里德的几何原本方法论,先有公理命题,再进行平移旋转等几何变换的数学操作,通过这些操作演绎出整个系统。
B线是几何解析的路线,笛卡尔坐标系,又称平面直角坐标系,赋予几何图形以空间,这个空间也很重要,后续线性代数,向量空间等需要,然后接下来就是升高维数,立体与高维的几何。
然后再进一步抽象,就是几何空间结构,流形概形等理论了。
(5)
这条链条不够严谨,只能先如此粗略,后续可能会有所优化。
3.分析链
A线:量的连续与离散
自然数与数列-分数与小数-比例-数列求和-无穷级数
B线:变化的微分与积分
变化关系直觉-变量与函数-坐标系与空间-极限与连续-导数-微分与积分
C线:不确定性的测度
数据整理-描述性统计-推断统计
D线:可能性的概率
概率-随机变量与分布-推断统计
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4.元数学
概念定义与规范-集合与关系-命题逻辑结构-公理化方法-推理与证明方法-形式系统限度
解释:
先是定义与规范,实际上是在把对象数学形式化,比如0和空集这一类存在,就像黑格尔逻辑学的开端,其内容为纯无,但形式为纯有。
但稍做延伸,黑格尔逻辑学无外部,所以内容与形式一体,纯有纯无变,在数学里,其实也有无外部性的倾向,一切皆可数学化,但数学内部明确了边界-哥德尔不完备定理。
这里已经给出了一个操作:把对象赋予数学上的合法存在资格。
数学没有研究“不存在者”的领域,比如一个牛皮纸上的证明,其上的红茶汤就是不存在者。
进而言之,数学作为理性能力的产物,其限制也在于,它无法研究“还在发展的发展者”,比如它无法像研究求根公式一样研究朗兰兹纲领,还无法像几何原本一样,给出一个朗兰兹公理体系。
对比黑格尔,黑格尔研究绝对精神的自我实现,其与绝对的形式系统的冲突就在于,他许诺“还在发展的发展者”也在绝对精神的自我实现之内,换言之,他不仅研究发展者,还断言发展者必然到达绝对精神。
(7)
在我整理链条时发生的问题,又撞到了之前的问题。
为什么数学不能提供一个概念地图,问询发生学顺序+逻辑性环节时,回答的完全是数学内部术语?
比如,先使用施里德哈公式,再用韦达定理,这种描述,翻译过来,就是先用求根公式,再看根的和与积关系公式。
内部术语的命名还没有得到框架性规范,初等数学因为完备所以各领域已经有了框架性规范,而高等数学还没有,他们更多只有操作性、历史性、意象性等方面的命名。
初等数学是如何产生框架的?
我们暂时抛弃历史组织的外部因素,而强调内部逻辑的因素,是因为材料基础性+相对成熟的高观点俯瞰。
譬如几何与代数,它们是最初被形式化的,是第一次抽象,成为后续数学操作的操作对象,有一个抽象的层级。
高等数学内部,肯定也存在抽象层级的序列方向。
譬如高等数学是一片大海,那么其中就沉积着不同高度的岩石,高等数学也会存在海底,也会存在高等数学眼中的基本对象,以这个基本对象为运算单位。
然而,只是因为高等数学里面还没有封闭性的框架,在开放性探索中,框架会被冲散,所以没有。
如果高等数学内部已经有足以跟初等数学一样沉淀下来的框架,那么至少可能会出现一个中等数学的领域。
(8)
我稍微记录一下,中等数学们的领域,即研究对象稳定+公理系统封闭=框架性。
研究对象稳定,因为你不能像研究求根公式一样使用朗兰兹纲领,它还在变动。
公理系统封闭,你还不能放眼整个范畴论给它分类出分别出什么对象的范畴论,因为其自身研究还正在生长。
线性代数、群论基础、实变函数论、点集拓扑基础、概率论基础、抽象代数基础、复分析基础、泛函分析基础。
(9)
说来,我学数学,是求一个半山腰,能
我只是需要这份工具,还有鉴赏数学艺术美感。
我只有学习到这个水平,才能给我一个余地。
我其实不想学高等数学,我他妈的纯粹是初等数学没有最经济的高观点俯瞰。
我学数学,是为了索要选择权,是因为数学思考密度可以容纳我的思考速度,是为了让我有结构感,是为了我能更快速简洁地记录我的想法。
时阶:[2026-04-22]