شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

بسیاری از واژه ها ، عبارات و جملات وجود دارند که اگر آن ها را از ابتدا به انتها بخوانیم و یا از انتها به ابتدا بخوانیم ، یکسان اند. به این گونه واژها ، عبارات و جملات ؛ واژها ، عبارات و جملات ِ خود برعکس یا متقارن می گوییم.

به واژه ها و عبارت زیر توجه کنید :

کمک

کتک

شوش

توت

داماد

شاباش

شکربترازوی وزارت برکش

به واژگان انگلیسی زیر نیز توجه کنید :

RADAR

ROTATOR

MADAM I'M ADAM

NO LEMONS, NO MELON

در تاریخ ها نیز ، روز هایی وجود دارند که خود برعکس اند ، مثلا ً بیست و یکم خرداد ِ 1230 :  

 یا بیست و یکم بهمن 1211 :

حتی می توانیم ساعات را در این زیبایی شریک کنیم ، مثلا ً ساعت ِ نه و سی و سه دقیقه و دوازده ثانیه ی شب :

، یا ساعت پنج و پنجاه ثانیه ی صبح :

یا حتی یک روز مشخص از سال ، زمان مشخصی مثلا ً روز یازدهم مرداد 1363 ، ساعت پانزده و سی و شش دقیقه و سی و یک ثانیه :

و اگر ماه ها را نیز دو رقمی بنویسیم ، تاریخ زیر خود برعکس است :

شما نیز می توانید چنین روزهایی را بیابید ، شاید روز تولد شما چنین روزی باشد !!!

اکنون به اعداد خود برعکس می پردازیم :

به چهار توان ِ اول ِ عدد 11 توجه کنید :

یک عدد خودبرعکس می تواند عددی اول یا مرکب باشد. مثلا ً 151 یک عدد ِ اول ِ خودبرعکس است و 171 یک عدد مرکب خودبرعکس است ولی نکته جالب توجه این است که به جز عدد ِ 11 ، دیگر اعداد اول خودبرعکس ، تعداد ارقام فرد دارند.

چگونه می توان یک عدد خودبرعکس ساخت ؟

این کار بسیار ساده است و از هر عددی می توان عدد ِ خودبرعکس ساخت. عدد دلخواهی را انتخاب کنید و آن را با برعکسش جمع کنید. اگر حاصل جمع، عددی خودبرعکس بود کار تمام است وگرنه حاصل را نیز با برعکسش جمع کنید. با ادامه ی این روند ، سرانجام به عدد خودبرعکس خواهید رسید. بعضی اعداد خودبرعکس پس از یک مرحله به دست می آیند و برخی بیشتر. برای نمونه اگر عدد 23 را انتخاب کنیم پس از یک مرحله ، عدد خود برعکس به دست می آید : 23 + 32 = 55 .

با انتخاب عدد 75 ، پس از دو مرحله به عدد خودبرعکس می رسیم :

و با انتخاب 86 ، پس از 3 مرحله به عدد خودبرعکس می رسیم :

اگر 97 را انتخاب کنیم ، در 6 مرحله به عدد خودبرعکس می رسیم و برای عدد 98 ، 24 مرحله تا رسیدن فاصله است. اگر عدد 196 را انتخاب کنید ، با صبر و حوصله سرانجام به عدد خودبرعکس می رسید !!!!

شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

چگونه به یک عدد می توان شکل هندسی داد ؟

اگرچه اعداد شکل هندسی ندارند، اما گاهی اوقات با قراردادن ِ نقطه به جای اعداد ، می توان به آن ها شکل هندسی منظمی نسبت داد.

چند نمونه از این اعداد و اشکال را ببینید :

اعداد مثلثی :

اعداد مربعی :

اعداد پنج ضلعی :

اعداد شش ضلعی :

باید جالب توجه باشد اگر بتوانید رابطه ای بین این اعداد بیابید.

اگر این اعداد گوشه دارد را به ترتیب ِ زیر تغییر ِ شکل دهیم ، قادر خواهید بود بعضی از این ویژگی ها را پیدا کنید.

مثلا ً n-مین عدد مربعی با مجموع ِ n-مین و n-1 -مین عدد مثلثی برابر است. یا n-مین عدد پنج ضلعی با مجموع n-مین عدد مربعی و n-1-مین عدد مثلثی برابر است. اگر به شکل های زیر که تغییر یافته ی شکل های بالا هستند دقت کنید، رابطه های زیادی را می توانید بیابید یا کشف کنید !!!

اعداد پنج ضلعی :

اعداد شش ضلعی :

همچنین می توانیم اعداد مستطیلی با عدد را معرفی کنیم مثلا ً

در اینجا روابطی را که شامل اعداد مستطیلی هستند را بیان می کنیم. گرچه این رابطه ها اثبات می شوند ولی شما برای اطمینان خاطر بایستی با چند مثال ، درستی هریک را تحقیق کنید.

1. یک عدد مستطیلی ، مجموع اعداد ِ زوج ِ متوالی است :

2. یک عدد مستطیلی ، دو برابر ِ عدد مثلثی است :

3. مجموع دو عدد مربعی ِ متوالی با مربع ِ عدد مستطیلی ِ بین آن ها ، یک مربع ِ کامل است :

4. مجموع دو عدد ِ مستطیلی ِ متوالی با دو برابر ِ عدد ِ مربعی ِ بین آن ها ، یک مربع کامل است :

5. مجموع ِ یک عدد ِ مستطیلی با عدد ِ مربعی ِ بعد از آن ، یک عدد ِ مثلثی است :

6. مجموع یک عدد ِ مربعی با عدد مستطیلی ِ بعد از آن ، یک عدد مثلثی است :

7. مجموع یک عدد با مربعش، یک عدد مستطیلی است :

شما نیز می توانید روابط دیگری را که بین دیگر اعداد ِ گوشه دار وجود دارد، کشف کنید.

شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

در این قسمت یکی از پدیده هایی را که خارج از ویژگی های سیستم دهدهی اعداد رخ می دهد ، شرح می دهیم.

با اینکه محاسبات بسیاری نیاز نداریم ، نتیجه ی بدست آمده بسیار شگفت آور است. ما اصلا ً قصد نداریم یک موضوع کلی را اثبات کنیم ، اما خاطر نشان می کنیم که هنوز هیچ عددی که این فرایند را برهم زند، یافت نشده است. شاید این خود برای اینکه فکر کنیم این فرآیند برای تمام موارد درست است کافی باشد.

اگر دوست داشته باشید می توانید از ماشین حساب استفاده کنید و گرنه در تفریق استاد می شوید.

آنچه ما از شما می خواهیم این است :

1 . یک عدد 4 رقمی را که تمام ارقام آن یکسان نیستند، انتخاب کنید .

2 . ابتدا ارقام این عدد را به گونه ای جابجا کنید که بزرگترین عدد ممکن با همین ارقام به دست آید. آن را به خاطر بسپارید و دوباره این ارقام را به گونه ای که کوچکترین عدد ممکن با همین ارقام به دست آید، جابجا کنید. این عدد را نیز به خاطر داشته باشید.

3 . اکنون باید عدد کوچکتر را از عدد بزرگتر کم کنید.

4 . گام های 2 و 3 را تکرار کنید تا آنجا که متوجه شوید اتفاق خاصی، روند را برهم می زند و قبل از آنکه چیز غیر معمولی ندیدید از آن دست نکشید.

ممکن است پس از یک تفریق یا پس از چند تفریق سرانجام به عدد 6174 خواهید رسید و پس از آن شما در یک حلقه ی بی پایان گیر افتاده اید.

برای آنکه بهتر متوجه شوید ، اجازه دهید با عدد انتخابی 3203 شروع کنیم :

      بزرگترین عددی که با ارقام 3203 می توان ساخت عدد 3320 است.

      کوچکترین عددی که با ارقام 3203 می توان ساخت عدد 0233 است.

      تفاضل این دو عدد برابر با 3087 خواهد بود و روند را برای 3087 ادامه می دهیم.

بزرگترین عددی که با ارقام 3087 می توان ساخت عدد 8730 است.

کوچکترین عددی که با ارقام 3087 می توان ساخت عدد 0378 است.

تفاضل این دو عدد برابر با 8352 خواهد بود و روند را برای 8352 ادامه می دهیم.

      بزرگترین عددی که  با ارقام 8352 می توان ساخت عدد 8532 است.

      کوچکترین عددی که با ارقام 8352 می توان ساخت عدد 2358 است.

      تفاضل این دو عدد برابر با 6174 خواهد بود . زین پس اگر روند را برای 6174 ادامه دهیم ، در تفاضل همواره همین عدد ظاهر خواهد شد.

بزرگترین عددی که با ارقام 6174 می توان ساخت عدد 7641 است.

کوچکترین عددی که با ارقام 6174 می توان ساخت عدد 1467 است ،

که تفاضل این دو عدد برابر با 6174 است و ما در یک چرخه ی بی پاین افتاده ایم.

شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

آیا می توانید تصور کنید که یک عدد با مجموع مکعب های ارقامش برابر باشد ؟

چند لحظه ای تأمل کنید تا دقیقا ً بیان کنیم ماجرا چیست .

این یک پدیده ی غیر طبیعی است زیرا تنها برای 5 عدد برقرار است. این 5 عدد عبارتند از :

اگر به جز 5 عدد بالا عدد دیگری انتخاب کنید و مجموع مکعب های آن را به دست آورید، به عددی غیر از عدد انتخابی خود خواهید رسید. پس از آن اگر همین روند را برای عدد مجموع ِ به دست آمده، تکرار کنید؛ سرانجام به یکی از 5 عدد بالا خواهید رسید و یا در یک حلقه ی بی نهایت گرفتار خواهید شد.

به عدد انتخابی ما که عدد 169 است دقت کنید :

که 370یکی از 5 عدد بالاست.

اما اگر عدد 424 را انتخاب کنیم روند زیر را خواهیم داشت :

که در حلقه ی دو عددی 136 و 244 گیر می افتیم.

اما اگر عدد 352 را انتخاب کنیم :

در این حالت در یک حلقه ی 3 عددی گرفتار می شویم :

شاید فکر کنید آسانتر بود اگر به جای مکعب های ارقام، از مربع ( توان دوم ) های ارقام استفاده می کردیم. در این مورد هم متوجه شگفتب خواهید شد. اجازه دهید یک بار با عدد 123 امتحان کنیم :

عدد 89 که در مرحله ی پانزدهم به دست آمد، قبلا ً در مرحله ی هفتم نیز به دست آمده بود. این نشان می دهد که پس از این در یک دور قرار گرفته ایم. بنابراین اگر این روند را بیشتر ادامه دهیم، در یک حلقه ی تکراری خواهیم بود.

شاید علاقه مند باشید که توان های ارقام ِ دیگر اعداد را نیز آزمایش کنید و این نتیجه ی جالب را مشاهده کنید. با این آزمایشات می توانید به الگوی جالبی برسید که می تواند پایه ای برای تحقیقات بیشتر شما باشد.

شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

در این بخش یک ویژگی ِ افسونگر را نشان خواهیم داد که رابطه ای بین اعداد ِ معینی است.

قبل از اینکه وارد بحث شویم، تعریف یادآوری می کنیم :

عدد 145 را در نظر بگیرید . فاکتوریل ِ تک تک ارقام ِ آن را محاسبه می کنیم و با هم جمع می زنیم ؛ فکر می کنید چه اتفاقی خواهد افتاد؟

ببینید :

بله به همان عدد 145 رسیدیم. شگفت آور است!!!!....

آیا مایلید با عدد 40585 نیز امتحان کنیم ؟

شاید فکر کنید این روند برای همه ی اعداد درست است. اما این گونه نیست و خاطر نشان می کنیم که تنها تعداد معینی از اعداد هستند که با مجموع فاکتوریل ارقامشان برابرند.اگر شک دارید می توانیید با دیگر اعداد امتحان کنید.

بیایید این قاعده را برای عدد 871 به کار ببریم :

مشاهده می کنید که مجموع فاکتوریل ارقام ِ عدد 871 با خودش برابر نیست. شاید شما قصد داشته باشید در همین مرحله متوقف شوید اما ما قصد داریم عدد انتخابی بعدی ما ، همین مجموع یعنی 45361 باشد و مجموع فاکتوریل ارقام آن را حساب می کنیم :

شگفت انگیز است که به عدد 871 رسیدیم. پس اگر دوباره تکرار کنیم در یک چرخه ی دو عضوی خواهیم بود.

آیا با هر عددی که شروع کنیم می توانیم یک حلقه تشکیل دهیم؟

اگر با عدد 872 شروع کنیم خواهیم داشت :

پس مجددا ً در یک حلقه ی 2 عضوی قرار داریم.

با عدد 169 روند زیر را خواهیم داشت :

در این حالت در یک چرخه ی 3 عددی گیر افتاده ایم.

جدول زیر اعداد و چرخه های آن ها را نشان می دهد. خاطر نشان می کنیم که این 11 عدد، تنها اعدادی هستند که تا عدد 2000000 در این ویژگی صدق می کنند. اگر باور ندارید می توانید با چندین به جز اعداد جدول زیر، امتحان کنید :

چرخه	اعداد
یک عددی دو عددی سه عددی

شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

اینکه می گوییم عددی گنگ است یعنی چه ؟ آیا به این معنی است که قادر به صحبت نیست ؟ !!! مسلما ً این گونه نیست. در ریاضیات به اعدادی که گویا نباشند، اعداد گنگ ( اصم ) می گویند.

اعداد گویا چه نوع اعدادی هستند؟ آیا این اعداد نیز اعداد « سخن گو » هستند؟ خیر ؛ به عددی که بتوان آن را با یک کسر معمولی بیان کنیم ، یک « عدد گویا » می گوییم.

عددی گنگ است زیرا هیچ کسری به صورت وجود ندارد که برابر با باشد. اگر را محاسبه کنیم خواهیم داشت :

( در پایان این قسمت اثبات خواهیم کرد که عددی گنگ است. )

دقت کنید که در ارقام ِ هیچ الگویی وجود ندارد و هیچ گروهی از ارقامش تکرار نمی شوند.

بنابراین این سوال پیش می آید که آیا همه ی اعداد گویا ، در نمایش اعشاری ، یک گروه از ارقامشان دوره ای هستند و تکرار می شوند؟

برای مشخص شدن مطلب ، اجازه دهید چند کسر را ارزیابی کنیم :

که این عدد را می توان به صورت نوشت. که دارای یک گروه شش رقمی تکراری است یا به عبارتی دوره ی گردش ِ ، شش رقمی است و آن ارقامی که بالای آن ها خط کشیده ایم از ابتدای خط تا انتهای آن به ترتیب تکرار می شوند.

اما مقدار کسر ِ را ببینید :

چنانچه ملاحظه نمودید ما این کسر را تا بیش از 100 رقم اعشار محاسبه نمودیم اما هیچ دوره ی گردشی مشاهده نمی کنیم. آیا می توانیم نتیجه بگیریم که عددی گنگ است ؟ اگر چنین باشد که تعریف قبلی ما برای اعداد گنگ باطل می شود !!!...

آیا اگر مقدار را کمی بیشتر محاسبه کنیم، اتفاق خاصی نخواهد افتاد؟ ببینیم اگر 10 رقم اعشار جلوتر رویم چه می شود :

به نظر می رسد یک الگوی تکراری شروع شود و آغاز آن 0091 باشد. محاسبات را بیشتر می کنیم( بیش از 200 رقم ) ، آیا حدس ما درست خواهد بود ؟ ببینید :

اگر محاسبات را تا 332 رقن اعشار ادامه دهیم ، الگو واضح خواهد شد :

پس می توانیم این محاسبات را متوقف کنیم و نتیجه بگیریم ( البته بدون اثبات) که « نمایش یک کسر معمولی به صورت عدد اعشاری ، همواره یک دوره ارقام چرخشی دارد. » البته بعضی از این کسر ها در این نمایش، دوره ی چرخش کوتاهی دارند : مثلا ً دوره ی چرخش یک رقمی یا یک دوره ی چرخشی 6 رقمی دارد و بعضی ها مانند که دوره ی 108 رقمی دارد، دوره ی طولانی تری دارند.

این ، گواهی بر آن است که یک کسر دارای نمایش ِ اعشاری متناوب است ولی اعداد گنگ چنین نیستند.

اکنون ثابت می کنیم که را نمی توان به صورت یک کسر نوشت که آن نتیجه خواهد داد عددی گنگ است.

... « فرض کنیم کسری با کوچکترین جملات است که در آن a و b هیچ مقسوم علیه مشترکی ندارند. فرض کنیم . دو طرف تساوی را به توان 2 می رسانیم : بنابراین . یعنی عددی زوج است . چون توان دوم هر عدد فرد، عددی فرد است پس چون زوج است ، a نمی تواند عددی فرد باشد ؛ پس a زوج است و می توان فرض کرد a = 2k . بنابراین   که نشان می دهد   . پس   زوج است و b نیز زوج خواهد شد. پس در کل از اینکه  باشد ، به این نتیجه رسیدیم که a و b بایستی اعداد زوجی باشند که در این صورت a و b دارای حداقل یک مقسوم علیه مشترک ( یعنی 2 ) هستند که این نتیجه با فرض اولیه ی ما ( a و b هیچ مقسوم علیه مشترکی ندارند ) در تناقض است. بنابراین فرض اینکه  را بتوان به صورت یک کسر نوشت باطل است یعنی  عددی گنگ است . » ... .

شاید این اثبات برای شما اصرار آمیز و گیج کننده باشد اما با کمی دقت و پیگیری ِ گام به گام ِ آن ، به زیبایی این اثبات پی خواهید برد.

شگفتی ها و زیبایی های ریاضی

آیا می دانید چه اعدادی را می توانیم به صورت مجموع اعداد ِ طبیعی متوالی بنویسیم ؟

اگر نمی دانید این مطلب را پی گیرید تا ببینید چه اعدادی را می توانیم به صورت مجموع اعداد طبیعی متوالی بنویسیم.

از عدد 2 تا 40 شروع می کنیم و سعی خواهیم کرد برای هر کدام ، لیستی از اعداد ِ متوالی بیابیم که مجموع آن ها با عدد انتخاب شده برابر باشد.

نکته 1 : نمایش اعداد به صورت مجموع ِ اعدادِ متوالی ، یکتا نیست ؛ مثلا" 30 را به صورت های زیر می توان نمایش داد:

9+8+7+6=11+10+9=30

نکته 2 : یک بازرسی در اعداد بالا نشان می دهد : اعدادی را که به صورت توانی از 2 هستند، نمی توانیم به صورت مجموع اعداد متوالی بنویسیم . ( در پایان این قسمت ، این مطلب را اثبات می کنیم. )

نکته ی 2 حقیقت ِ جالبی است که توقع نمی رفت چنین باشد. همچنین با ساختن یک چنین لیستی از اعداد به صورت مجموع ِ اعداد ِ متوالی ، الگوهایی را مشاهده خواهیم کرد. یکی از این الگوهای واضح در مورد اعداد مثلثی است. n - مین عدد مثلثی ، مجموع n عدد ِ طبیعی نخست متوالی است. مثلا ً

یا این که n - مین مضرب از عدد 3 را که 3n می نامیم، همواره می توانیم به صورت مجموع ِِ n -مین عدد طبیعی و اعداد قبل و بعدش نمایش دهیم. یعنی

با کمی دقت شما نیز می توانید چنین الگو هایی را کشف کنید؛ زیرا که دیدن الگوهای اعداد و روابط بین آن ها یکی از جالب ترین بخش هاست.

اکنون ثابت می کنیم یک عدد را کِی می توانیم به صورت مجموع ِحداقلِ ِ دو عدد طبیعی و متوالی بنویسیم:

اگر a و b دو عدد طبیعی باشند که b از a بزرگتر است ، مجموع عددهای طبیعی متوالی بین a و b چه مقادیری می توانند باشند؟

با استفاده از فرمولِِِِ مجموع ِ یک سری عددی می توان این مقدار را به دست آورد ؛ که این مقدار برابر است با نصف حاصلضرب مجموع کران بالا و کران پایین در تعداد جملات.

بنابر این اگر مجموع اعداد طبیعی متوالی بین a و b را S بنامیم ، از فرمول زیر به دست می آید :

که در این حالت ، a جمله ی پایینی و b جمله ی بالایی و تعداد جملات بین a و b است. ( ممکن است این سوء تفاهم پیش آید که با استفاده از قوانین جمع ، می توانیم پرانتزهای بین اعداد در فرمول بالا را حذف کنیم. با حذف این پرانتزها اعداد -1 و +1 و ... با هم ساده می شوند و تنها تعدادی a و تعدادی b باقی می ماند. برای جلوگیری از این گونه موارد بیان می کنیم که منظور از ، عدد طبیعی ِ بعد از a است و منظور از نیز عدد طبیعی قبل از b است و ... . ممکن است در مکانی مثلا ً و با هم برابر شوند ( m و n عدد طبیعی هستند )، که در این حالت نیز تنها یکی از آن ها را وارد می کنیم. پس در حالت کلی منظور از مجموع بالا ، مجموع اعداد طبیعی بین a و b با احتساب خود a و b است و این اعداد بدون تکرار در نظر گرفته می شوند. ) .

پس

دو طرف تساوی را دو برابر می کنیم :

را x می نامیم و را y . چون a و b اعداد طبیعی هستند و ، x و y نیز اعداد طبیعی اند. از آنجا که عددی فرد است ، بنابراین یکی از x و y فرد است و دیگری زوج . ( دقت داریم که فقط مجموع ِ یک عدد فرد و یک عدد زوج ، عددی فرد است. )

اکنون تساوی 2S = xy و وضعیت های x و y ، دو حالت زیر را پیش روی ما قرار می دهد :

حالت اول : S توانی از 2 است :

فرض می کنیم . بنا بر این یا . تنها حالتی ، که یک توان از 2 را می توانیم به صورت حاصلضرب یک عدد فرد در یک عدد زوج بنویسیم ، حالتی است که عدد فرد ، عدد 1 باشد. اگر x=1 باشد ، یعنی :

، در این صورت a , b نمی توانند اعداد طبیعی باشند ، زیرا مجموع هیچ دو عدد طبیعی ، برابر با 1 نیست.

و اگر y برابر با 1 باشد ، یعنی :

، پس باید یا به عبارتی a و b با هم برابر باشند که این نیز اتفاق نمی افتد.

بنابراین در این حالت نمی توانیم S را به صورت مجموع ِ اعداد ِ متوالی بنویسیم.

حالت دوم : S توانی از 2 نیست :

فرض می کنیم که m عدد فردی بزرگتر از 1 است. در این صورت .

در این حالت می توانیم اعداد طبیعی a و b را طوری بیابیم که باشد و .

دقت داریم که دو عدد و m برابر نیستند زیرا m فرد است و زوج . بنابراین یکی از آنها بزرگتر از دیگری است. فرض کنیم x آن عدد ِ بزرگتر و y آن عدد ِ کوچکتر باشد. با این انتخاب جواب ِ a و b مشخص می شود زیرا از رابطه ی  مقدار b مشخص می شود   و از رابطه ی   مقدار a مشخص می شود  . همچنین   و بنابر این  .

بنابراین ، آن عدد طبیعی را می توانیم با مجموع ِ اعداد ِ طبیعی متوالی نمایش دهیم که توانی از 2 نباشد.

با این مطلب به پایان فصل اول در شگفتی ها و زیبایی های ریاضیات می رسیم.

تابع

در ریاضیات، تابع رابطه ای است که رابطه بین اعضای یک مجموعه را با اعضایی از مجموعه ای دیگر (شاید یک عضو از مجموعه) را بیان می کند. نظریه درباره تابع یک پایه اساسی برای خیلی از شاخه های ریاضی به حساب می آید.
مفاهیم تابع، نگاشت و تبدیل معمولاً مفاهیم مشابه ای هستند. عملکرد ها معمولاً دو به دو بین اعضای تابع وارد عمل می شوند.

تعریف:

تابع یک قاعده ای است که ورودیهایی را می گیرد و خروجیهایی را به ما پس می دهد. مثالهایی را ذکر می کنیم.

• هر شخص دارای هشت رنگ مورد علاقه دارند (قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، نیلی، صورتی) رنگ مورد علاقه یک تابع انسانی است. برای مثال علی رنگ قرمز را دوست دارد. در حالی که کیارش رنگ بنفش را دوست دارد.در اینجا، ورودی یک مشخص است ولی خروجی یکی از هشت رنگ است. باید به نکته توجه کرد که چند شخص می توانند یک رنگ را انتخاب کنند.
• یک سنگ از طبقات مختلف یک ساختمان رها می شود. این سنگ در 2 ثانیه، 2 طبقه را پائین می رود و در 4 ثانیه، 8 طبقه را پایین می رود. در اینجا، طبقات به عنوان ورودی و تعداد ثانیه ها به عنوان خروجی به حساب می آیند.

قاعده تعریف یک تابع می تواند به وسیله یک فرمول، رابطه و یا یک جدول ساده که ورودیها و خروجیها را در برابر هم قرار می دهد، باشد.
در توابع، ورودیها به عنوان متغیر تابع و خروجیها به عنوان ارزش تابع شناخته می شوند.
یک نمونه از توابع، توابعی است که رابطه متغیر تابع با ارزش تابع به صورت یک فرمول بیان می شود. و ارزش تابع از جایگزین متغیر در فرمول بدست می آید.
به عنوان مثال تابع

بیان می کند که ارزش تابع برابر است با مربع هر عددی مانند x

 

تعریف روی مجموعه ها

یک تابع رابطه‌ای منحصر به فرد است که یک عضو از مجموعه ای را با اعضای مجموعه‌ای دیگر مرتبط میکند.
تمام روابط موجود بین دو مجموعه نمی تواند یک تابع باشد برای روشن شدن موضوع، مثالهایی در زیر ذکر می کنیم:

 

• این رابطه یک تابع نیست چون در آن عنصر 3، با دو عنصر ارتباط دارد. که این با تعریف تابع متناقص است چون برای یک عنصر از مجموعه، دو عنصر در مجموعه موجود است

 

 

• این رابطه یک تابع یک به یک است. چون به ازای هر x یک y وجود دارد

 

خواص توابع

توابع می توانند:

• زوج یا فرد باشند.
• پیوسته یا ناپیوسته باشند.
• حقیقی یا مختلط باشند.
• اسکالر یا برداری باشند.

 

توابع چند متغیره:

یک تابع ممکن است بیشتر از یک متغیر داشته باشد برای مثال یک تابع از f است که دارای سه پارامتر x,y,z است که یک ارزش را برای تابع تولید می کنند. از توابع چند متغیره می توان به قانون جاذبه نیوتن اشاره کرد که در آن دو جرم با متغیر و و نیز یک متغیر برای فاصله هر جرم به نام در آن وجود دارد.

با مقدار دهی به سه پارامتر فوق مقدار تابع F محاسبه خواهد شد.

تاریخچه ی هندسه

تاریخچه ی هندسه:

احتمالا بابلیان و مصریان کهن نخستین کسانی بودند که اصول هندسه را کشف کردند. در مصر هر سال رودخانه نیل طغیان می‌کرد و نواحی اطراف رودخانه را سیل فرا می‌گرفت. این رویداد تمام علایم مرزی میان املاک را از بین می‌‌برد و لازم می‌‌شد دوباره هر کس زمین خود را اندازه‌گیری و مرزبندی کند. مصریان روش علامت‌گذاری زمین‌ها با تیرک و طناب‌ را ابداع کردند. آنها تیرکی را در نقطه‌ای مناسب در زمین فرو می‌‌کردند و تیرک دیگری در جایی دیگر نصب می‌شد و دو تیرک با طنابی که مرز را مشخص می‌‌ساخت به یکدیگر متصل می‌شدند. با دو تیرک دیگر زمین محصور شده و محلی برای کشت یا ساختمان سازی مشخص می‌شد.

در آغاز هندسه برپایه دانسته‌های تجربی پراکنده‌ای در مورد طول و زاویه و مساحت و حجم قرار داشت که برای مساحی و ساختمان و نجوم و برخی صنایع دستی لازم می‌شد. بعضی از این دانسته‌ها بسیار پیشرفته بودند مثلا هم مصریان و هم بابلیان قضیه فیثاغورث را ۱۵۰۰ سال قبل از فیثاغورث می‌شناختند.

یونانیان دانسته‌های هندسی را مدون کردند و بر پایه‌ای استدلالی قراردادند. برای آنان هندسه مهم‌ترین دانش‌ها بود و موضوع آن را مفاهیم مجردی می‌دانستند که اشکال مادی فقط تقریبی از آن مفاهیم مجرد بود. در سال ۶۰۰ قبل از میلاد مسیح، یک آموزگار اهل ایونیا (که در روزگار ما بخشی از ترکیه به‌شمار می‌رود) به نام طالس، چند گزاره یا قضیه هندسی را به صورت استدلالی ثابت کرد. او آغازگر هندسه ترسیمی بود. فیثاغورث که او نیز اهل ایونیا و احتمالا از شاگردان طالس بود توانست قضیه‌ای را که به‌نام او مشهور است اثبات کند. البته او واضع این قضیه نبود.

اما دانشمندی به نام اقلیدس که در اسکندریه زندگی می‌‌کرد، هندسه را به صورت یک علم بیان نمود. وی حدود سال ۳۰۰ پیش از میلاد مسیح، تمام نتایج هندسی را که تا آن زمان شناخته بود، گرد آورد و آنها را به طور منظم، در یک مجموعه ۱۳ جلدی قرار داد. این کتابها که اصول هندسه نام داشتند، به مدت ۲ هزار سال در سراسر دنیا برای مطالعه هندسه به کار می‌‌رفتند.

براساس این قوانین، هندسه اقلیدسی تکامل یافت. هر چه زمان می‌‌گذشت، شاخه‌های دیگری از هندسه توسط ریاضیدانان مختلف، توسعه می‌‌یافت. امروزه در بررسی علم هندسه انواع مختلف این علم را نظیر هندسه تحلیلی و مثلثات، هندسه غیر اقلیدسی و هندسه فضایی مطالعه می‌‌کنیم.

خدمت بزرگی که یونانیان در پیشرفت ریاضیات انجام دادند این بود که آنان احکام ریاضی را به جای تجربه بر استدلال منطقی استوار کردند. قبل از اقلیدس، فیثاغورث (572-500 ق.م) و زنون (490 ق.م.) نیز به پیشرفت علم ریاضی خدمت بسیار کرده بودند.

در قرن دوم قبل از میلاد ریاضیدانی به نام هیپارک، مثلثات را اختراع کرد. وی نخستین کسی بود که تقسیم بندی بابلی‌ها را برای پیرامون دایره پذیرفت. به این معنی که دایره را به ۳۶۰ درجه و درجه را به ۶۰ دقیقه و دقیقه را به ۶۰ قسمت برابر تقسیم نمود و جدولی براساس شعاع دایره به دست آورد که وترهای بعضی قوسها را به دست می‌‌داد و این قدیمی‌ترین جدول مثلثاتی است که تاکنون شناخته شده است.

بعد از آن دانشمندان هندی موجب پیشرفت علم ریاضی شدند. در سده پنجم میلادی آپاستامبا، در سده ششم، آریابهاتا، در سده هفتم، براهماگوپتا و در سده نهم، بهاسکارا در پیشرفت علم ریاضی بسیار مؤثر بودند.

 

تقسیم بندی هندسه

هنـدسه مقـدماتی به دو قسمت تقسیـم می‌گردد:

• هنـدسه مسطحه
• هندسه فضائی.
• هندسه خطی.

در هندسه مسطح، اشکالی مورد مطالعه قرار می‌‌گیرند که فقط دو بعد دارند، هندسه فضایی، مطالعه اشکال هندسی سه بعدی است. این بخش از هندسه در مورد اشکال سه بعدی چون مکعب‌ها ،استوانه ها، مخروط ها، کره‌ها و غیره است.

 

جبر

جبر از شاخه های اصلی علم ریاضیات است که تاریخی بیش از 3000 سال دارد.

این علم در طول تاریخ تحولات بسیاری داشته و در حال حاضر شامل شاخه‌های زیادی  است.

تاریخچه‌ی این علم به بیش از 3000 سال پیش در مصر و بابل برمی‌گردد که در آنجا در مورد  حل برخی از معادلات خطی بحث شده است. در هند و یونان باستان نیز ، حدود یک قرن پیش از میلاد از روش‌های هندسی برای حل برخی از معادلات جبری استفاده می‌گردیده است . در قرن اول میلادی نیز بحث در مورد برخی از معادلات جبری در آثار دیوفانتوس یونانی و برهماگوپتای هندی دیده می شود.

کتاب جبر و المقابله ی خوارزمی ، اولین اثر کلاسیک در جبر می‌باشد که که کلمه‌ی جبر  یا‌ Algebra از آن آمده است. خیام دیگر ریاضی‌دان شهیر ایرانی است که در آثار خود جبر را از حساب تمییز داد و گامی بزرگ را در تجرید و پیشرفت این علم برداشت.

درقرن 16 میلادی ، روش حل معادلات درجه سوم توسط دل‌فرو (Scipione del Ferro) و  معادلات درجه چهارم توسط فراری (Ludovico Ferrari )کشف گردید.

اواریست گالوا ( Évariste Galois ) ، ریاضی‌دان فرانسوی که در 20 سالگی در جریان انقلاب فرانسه در یک دوئل کشته شد ، بیشترین سهم را در پیشرفت و تجرید این علم داشت که نوشته‌های او ، سال‌ها پس از مرگش ، پس از مطالعه و بررسی توسط دیگر ریاضی‌دانان موجب تحول عظیم در این علم گردید.

نیلز هنریک ابل ( Niels Henrik Abel ) نروژی اولین کسی بود که ثابت کرد معادلات درجه 5 به بالا ،‌بوسیله‌ی رادیکال‌ها حل پذیر نیستند.

کارل فریدریش گاوس ( Carl Friedrich Gauss )،‌ ریاضی دان آلمانی که تاثیرات ژرفی  د ر توسعه ی شاخه های مختلف برداشته ، سهم زیادی در پیشرفت این علم داشت که مهم‌ترین آن همانا قضیه اساسی جبر می‌باشد.

پس از کارهای اویلر ،‌ لاگرانژ ، گاوس ،‌ کوشی و بسیاری دیگر از بزرگترین ریاضی‌دانان تاریخ ، علم جبر به قرن بیستم رسید که با شروع این قرن و به دلیل کشف تناظر های شاخه‌هایی از این علم با شاخه‌هایی از هندسه ،‌ این علم در شاخه‌های مختلف پیش رفت.

از جمله بزرگ‌ترین پیشرفت های جبر و ریاضیات در این قرن ، کلاس‌بندی گروه‌های ساده‌ی متناهی می‌باشد.

ابو ریحان بیرونی

 

 

 

ابوریحان محمد بن احمد بیرونی از دانشمندان بزرگ ایران در علوم حکمت و اختر شناسی و ریاضیات و تاریخ و جغرافیا مقام شامخ داشت، در سال 326 هچری قمری در حوالی خوارزم متولد شده و از این جهت به بیرونی یعنی خارج خوارزم معروف شده. هیچ اطلاعی در باره اصل و نسب و دوره کودکی بیرونی در دست نیست. نزد ابو نصر منصور علم آموخت در 17 سالگی از حلقه ای که نیم درجه به نیم درجه مدرج شده بود، استفاده کرد تا ارتفاع خورشیدی نصف النهار رادرکاث رصد کند، و بدین ترتیب عرض جغرافیایی زمینی آن را استنتاج نماید چهار سال بعد برای اجرای یک رشته از این تشخیص ها نقشه هایی کشید و حلقه ای به قطر 15 ذراع تهیه کرد. در 9 خرداد 376 بیرونی ماه گرفتگی(خسوفی)رادرکاث رصد کرد و قبلاٌ با ابوالوفا ترتیبی داده شده بود که او نیز در همان زمان همین رویداد را از بغداد رصد کن. اختلاف زمانی که از این طرق حاصل شد به آنان امکان داد که اختلاف طول جغرافیایی میان دو ایستگاه را حساب کنند وی همچنین با ابن سینا فیلسوف برجسته و پزشک بخارایی به مکاتبات تندی در باره ماهیت و انتقال گرما و نور پرداخت در دربار مامون خوارزمشاهی قرب و منزلت عظیم داشته چند سال هم در دربار شمس المعالی قابوس بن وشمگیر به سر برده، در حدود سال 404 هجری قمری به خوارزم مراجعت کرده، موقعی که سلطان محمود غزنوی خوارزم را گرفت در صدد قتل او برآمد و به شفاعت درباریان از کشتن وی در گذشت و او را در سال 408 هجری با خود به غزنه برد در سفر محمود به هندوستان، ابوریحان همراه او بود و در آنجا با حکما و علماء هند معاشرت کرد و زبان سانسکریت را آموخت ومواد لازمه برای تالیف کتاب خود موسوم به تحقیق ماللهند جمع‌آوری کرد.

بیرونی به نقاط مختلف هندوستان سفر کرد و در آنها اقامت گزید و عرض جغرافیایی حدود 11 شهر هند را تعیین نمود خود بیرونی می نویسد که در زمانی که در قلعه نندنه به سر می برد، از کوهی در مجاورت آن به منظور تخمین زدن قطر زمین استفاده کرد. نیز روشن است که او زمان زیادی را در غزنه گذرانده است تعداد زیاد رصدهای ثبت شده ای که به توسط او در آنجا صورت گرفته است با رشته ای از گذرهای خورشید به نصف النهار شامل انقلاب تابستانی سال 398 آغاز می شود و ماه گرفتگی روز 30 شهریور همان سال را نیز در بر دارد. او به رصد اعتدالین و انقلابین در غزنه ادامه داد که آخرین آنها انقلاب زمستانی سال 400 بود.

بیرونی تالیفات بسیار در نجوم و هیات و منطق و حکمت دارد از جمله تالیفات او قانون مسعودی است در نجوم و جغرافیا که به نامه سلطان مسعود غزنوی نوشته، دیگر کتاب آثار الباقیه عن القرون الخالیه در تاریخ آداب و عادات ملل و پاره ای مسائل ریاضی و نجومی که در حدود سال 390 هجری به نام شمس المعالی قابوس بن وشمگیر تالیف کرده این کتاب را مستشرق معروف آلمانی زاخائو در سال 1878 میلادی دررلیپزیک ترجمه وچاپ کرده و مقدمه ای بر آن نوشته است. دیگر کتاب ماللهند من مقوله فی العقل اومر ذوله در باره علوم و عقاید و آداب هندیها که آن را هم پروفسور زاخائو ترجمه کرده و در لندن چاپ شده است دیگر التفهیم فی اوائل صناعه التنجیم در علم هیات و نجوم و هندسه. بیرونی هنگامی که شصت و سه ساله بود کتابنامه ای از آثار محمد بن زکریای رازی پزشک تهیه نمود و فهرستی از آثار خود را ضمیمه آن کرد این فهرست به 113 عنوان سر می زند که بعضی از آنها بر حسب موضوع گه گاه با اشاره کوتاهی به فهرست مندرجات آنها تنظیم شده اند این فهرست ناقص است زیرا بیرونی دست کم 14 سال پس از تنظیم آن زنده بود و تا لحظه مرگ نیز کار می کرد به علاوه 7 اثر دیگر او موجود است و از تعداد فراوان دیگری هم نام برده شده است. تقریباٌ‌ چهار پنجم آثار او از بین رفته اند بی آن که امیدی به بازیافت آنها باشد از آنچه بر جای مانده در حدود نیمی به چاپ رسیده است. علایق بیرونی بسیار گسترده و ژرف بود و او تقریباٌ‌ در همه شعبه های علومی که در زمان وی شناخته شده بودند سخت کار می کرد وی از فلسفه و رشته های نظری نیز بی اطلاع نبود اما گرایش او به شدت به سوی مطالعه پدیده های قابل مشاهده در طبیعت و در انسان معطوف بود در داخل خود علوم نیز بیشتر جذب آن رشته هایی می شد که در آن زمان به تحلیل ریاضی درآمدند. در کانی شناسی، داروشناسی و زبان شناسی یعنی در رشته هایی که در آنها اعداد نقش چندانی نداشتند نیز کارهایی جدی انجام داد اما در حدود نیمی از کل محصولات کار او در اختر شناسی، اختر بینی و رشته های مربوط به آنها بود که علوم دقیقه به تمام معنی آن روزگاران به شمار می رفتند ریاضیات به سهم خود در مرتبه بعدی جای می گرفت اما آن هم همواره ریاضیات کاربسته بود از آثار دیگر بیرونی که هنوز هم در دسترس هستند و می توان اینها را نام برد: اسطرلاب، سدس، تحدید، چگالیها، سایه ها، وترها، پاتنجلی، قره الزیجات، قانون، ممرها، الجماهر و صیدنه، بیرونی در باره حرکت وضعی زمین و قوه جاذبه آن دلالیل علمی آورده است و می گویند وقتی کتاب قانون مسعودی را تصنیف کرد سلطان پیلواری سیم برای او جایزه فرستاد ابوریحان آن مال را پس فرستاد وگفت: من از آن بی نیازم زیرا عمری به قناعت گذرانیده ام و ترک آن سزاوار نیست.

نظر پردازی، نقش کوچکی در تفکر او ایفا می کرد وی بر بهترین نظریه های علمی زمان خود تسلط کامل داشت اما دارای ابتکار و اصالت زیادی نبود و نظریه های تازه ای از خود نساخت ابوریحان بیرونی در سال 440 هجری در سن 78 سالگی در غزنه بدرود حیات گفت.

انتگرال

انتگرال

در حساب دیفرانسیل و انتگرال ، از انتگرال یک تابع برای عمومیت دادن به محاسبه مساحت ، حجم ، جرم یک تابع استفاده می شود. فرایند پیدا کردن جواب انتگرال را انتگرال گیری گویند.البته تعاریف متعددی برای انتگرال گیری وجود دارد ولی در هر حال جواب مشابه ای از این تعاریف بدست می آید. انتگرال یک تابع مثبت پیوسته در بازه (a,b) در واقع پیدا کردن مساحت بین خطوط x=0 , x=10 و خم منفی F است . پس انتگرال F بین a و b در واقع مساحت زیر نمودار است. اولین بار لایب نیتس نماد استانداری برای انتگرال معرفی کرد و به عنوان مثال انتگرال f بین a و b رابه صورت نشان می دهند علامت ،انتگرال گیری از تابع f را نشان می دهند ،aو b نقاط ابتدا و انتهای بازه هستند و f تابعی انتگرال پذیر است و dx نمادی برای متغیر انتگرال گیری است.

انتگرال یک تابع مساحت زیر نمودار آن تابع است.

از لحاظ تاریخی dx یک کمیت بی نهایت کوچک را نشان می دهد. هر چند در تئوریهای جدید، انتگرال گیری بر پایه متفاوتی
پایه گذاری شده است به عنوان مثال تابع f را بین x=0 تا x=10 در نظر بگیرید ،مساحت زیر نمودار در واقع مساحت مستطیل خواهدبود که بین x=0 ،x=10 ،y=0 ،y=3 محصور شده است یعنی دارای طول 10 و عرض 3است پس مساحت آن برابر 30 خواهد بود .

اگر تابعی دارای انتگرال باشد به آن انتگرال پذیر گویند و تابعی که از انتگرال گیری از یک تابع حاصل می شود تابع اولیه گویند . اگر انتگرال گیری از تابع در یک محدوده خاص باشند به آن انتگرال معین گویند که نتیجه آن یک عدد است ولی اگر محدوده آن مشخص نباشد به آن انتگرال نامعین گویند.

محاسبه انتگرال

اکثر روش های اساسی حل انتگرال بر پایه قضیه اساسی حساب دیفرانسیل و انتگرال بنا نهاده شده است که بر طبق آن داریم:

1.f تابعی در بازه (a,b) در نظر می گیریم .
2.پاد مشتق f را پیدا می کنیم که تابعی است مانند f که و داریم:
3.قضیه اساسی حساب دیفرانسیل و انتگرال را در نظر می گیریم:



بنابراین مقدار انتگرال ما برابر خواهد بود.

به این نکته توجه کنید که انتگرال واقعاً پاد مشتق نیست (یک عدد است) اما قضیه اساسی به ما اجازه می دهد تا از پاد مشتق برای محاسبه مقدار انتگرال استفاده کنیم .
معمولاً پیدا کردن پاد مشتق تابع f کار ساده ای نیست و نیاز به استفاده از تکنیکهای انتگرالگیری دارد این تکنیکها عبارتند از :

• انتگرال گیری بوسیله تغییر متغیر
• انتگرال گیری جزء به جزء
• انتگرال گیری با تغییر متغیر مثلثاتی
• انتگرال گیری بوسیله تجزیه کسرها

روش هایی دیگر نیز وجود دارد که برای محاسبه انتگرالهای معین به کار می رود همچنین می توان بعضی از انتگرال ها با ترفند هایی حل کرد برای مثال می توانید به انتگرال گاوسی مراجعه کنید .

تقریب انتگرالهای معین

محاسبه سطح زیر نمودار بوسیله مستطیل هایی زیر نمودار.
هر چه قدرعرض مستطیل ها کوچک میشوندمقدار دقیق تری
از مقدار انتگرال بدست میآید.

انتگرال هایی معین ممکن است با استفاده از روش های انتگرال گیری عددی ،تخمین زده شوند.یکی از عمومی ترین روش ها ،روش مستطیلی نامیده می شود در این روش ناحیه زیر نمودار تابع به یک سری مستطیل تبدیل شده و جمع مساحت آنها نشان دهنده مقدار تقریبی انتگرال است.
از دیگر روش هایی معروف برای تخمین مقدار انتگرال رو سیمپسون و روش ذوزنقه ای است. اگر چه روش های عددی مقدار دقیق انتگرال را به ما نمی دهند ولی در بعضی از مواقع که انتگرال تابعی قابل حل نیست یا حل آن مشکل است کمک زیادی به ما می کند .

تعریف های انتگرال

از مهم ترین تعاریف در انتگرال می توان از انتگرال ریمان و انتگرال لبسکی(lebesgue) است. انتگرال ریمان بوسیله برنهارد ریمان در سال 1854 ارئه شد که تعریف دقیقی را از انتگرال ارائه می داد تعریف دیگر را هنری لبسکی ارائه داد که طبق این تعریف شرایط تعویض پذیری حد و انتگرال با شرط مساوی ماندن عبارت، ارائه می کرد.
از دیگر تعاریف ارائه شده در زمینه انتگرال میتوان به انتگرال riemann-stieltjes اشاره کرد. پس به طور خلاصه سه تعریف زیر از مهمترین تعاریف انتگرال میباشند:

• انتگرال ریمان
• انتگرال لبسکی
• انتگرال riemann-stieltjes

100 مسأله نکته دار برای مسابقات ریاضی

مشخصات کتاب

نام کتاب : 100 مسأله نکته دار برای مسابقات ریاضی

... « 100 practice problems for undergraduate mathemathics competitions » ...

مؤلف : کنت. اس. ویلیامز – کنت هاردی

Williams, Kenneth S. – Hardy, Kenneth

ترجمه : دکتر احمد عرفانیان و لیلی فرخی

ویراستار : ناهید ارتضاء

چاپ اول تابستان 1383

انتشارات سناباد

امور فنی و چاپ : مؤسسه ی چاپ و انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد

---

گزیده ای از مقدمه مؤلفین جهت آشنایی با کتاب و ویژگی های آن :

این کتاب می تواند به عنوان یک مجموعه ی کامل از خلاصه مطالب درسی، سؤالات تکنیکی تشریحی و نیز سؤالات چهار گزینه ای در زمینه ی درس جبرخطی جهت آمادگی کنکور کارشناسی ارشد و یا کتاب کمک درسی در درس جبرخطی 1 برای دانشجویان رشته های ریاضی و مهندسی قرار دارد.

این کتاب در 7 فصل تنظیم شده و در ابتدای هر فصل مطالب درسی به صورت اجمالی و بدون ارائه اثبات بیان شده و سپس تعداد مناسبی مسائل نمونه حل شده تشریحی ارائه گردیده است و پس از آن سؤالات چهار گزینه ای همراه با حل کامل و سرانجام مسائلی چهارگزینه ای و تشریحی برای تمرین گنجانده شده است.

بی نهایت

بی نهایت (از واژه لاتین "finitus" به معنی "محدود" گرفته شده – علامت ریاضی ∞) چیزی است که "محدود" نیست، که در آن هیچ محدودیتی زمانی و فضایی وجود ندارد.
در ریاضیات، با اصطلاح "انتقال-از-محدود(transfinite)" مشهور است؛ و چیزی است که فقط محدود نباشد، ولی ممکن است محدودیتهای دورتر از آن داشته باشد.

نگرش باستانی در مورد بی نهایت

نگرش باستانی از ارسطو آغاز شده است:

“... تفکر درباره یک عدد بزرگ همیشه ممکن است: چون تعداد دفعاتی که میتوان یک مقدار را به دو نیمه تقسیم کرد، بی نهایت است. بنابراین بی نهایت، امکان بالقوهای است که هرگز بالفعل نمی گردد؛ تعداد اجزایی را که می توان به دست آورد، همیشه از هر عدد معینی بیشتر است. Physics 207b8

به این مورد اغلب بی نهایت "بالقوه" اطلاق می شود، بهرحال دو نظریه در این مورد با هم ترکیب شده اند. یکی اینکه همیشه پیدا کردن چیزی هایی که تعداد آنها از هر عددی بیشتر باشد ممکن است، اگرچه آن چیزها عملا وجود نداشته باشند. دیگر اینکه ما می توانیم بدون محدودیتی، اعداد بالاتر از محدود را شمارش کنیم. مثلا "برای هر عدد صحیح n، یک عدد صحیح m (m > n) وجود دارد همچنین ( Phi(m". دومین نگرش را بصورت واضح تر در آثار نویسندگان قرون وسطایی مثل William of Ockham میتوان یافت:

:"Sed omne continuum est actualiter existens. Igitur quaelibet pars sua est vere existens in rerum natura. Sed partes continui sunt infinitae quia non tot quin plures, igitur partes infinitae sunt actualiter existentes."
:(هر زنجیره حقیقتا وجود دارد. بنابراین هر یک از اجزاء آن واقعا در طبیعت وجود دارد. اما اجزاء زنجیره نامحدود هستند چون هیچ عدد بزرگی نیست که عددی بزرگتر از آن نباشد، پس اجزاء نامحدود واقعا وجود دارند).

اجزاء از بعضی جهات واقعا وجود دارند. بهرحال، در این نگرش، هیچ بزرگی بی نهایتی نمی تواند یک عدد داشته باشد، چون هر عددی را که تصور کنیم، همیشه عددی بزرگتر از آن وجود دارد: "هیچ بزرگی (از لحاظ عددی) نیست که بزرگتر از آن نباشد". Aquinas همچنین بر ضد این نظریه که بی نهایت می تواند از هر جهت کامل یا کلی باشد بحث کرده است مرجع.

نگر ش های نوین آغازین

گالیله (در زمان بازداشت طولانی در خانه اش در Sienna بعد از محکومیتش توسط استنطاق مذهبی) اولین کسی بود که متوجه شد می توان مجموعه ای از بی نهایت عدد را بصورت تناظر یک به یک با یکی از زیر مجموعه های حقیقی آن در کنار هم قرارداد. (هر جزئی از این مجموعه که با کل آن برابر نیست). مثلا ما می توانیم "مجموعه" اعداد زوج را {...،8. 6. 4، 2} با اعداد طبیعی {...،4، 3، 2، 1} بصورت زیر جور کنیم:

:1, 2, 3, 4, ...
:2, 4, 6, 8, ...

با این استدلال مشخص می شود، اگرچه طبیعتا یک مجموعه که بخشی از مجموعه دیگر بوده، کوچکتر است(چون تمام اعضاء آن مجموعه را شامل نمی شود) از بعضی جهات هم اندازه اند. او معتقد بود این یکی از مشکلاتی است که وقتی ما میخواهیم "با ذهن محدود خود" یک امر نامحدود را درک کنیم، پیش می آید.

تا کنون آنگونه که من درک کردهام ما تنها می توانیم اینگونه استنباط کنیم که کل تمامی اعداد نامحدود است، اینکه تعداد مجذورات نامحدودند، و تعداد ریشه آنها نیز نامحدود می باشد، نه تعداد مجذورات کمتر از کل تمامی اعدادند و نه آن یکی بیشتر از دیگری است؛ و بالاخره خصوصیات "برابر"، "بزرگتر"، و "کوچکتر" قابل اعمال به بی نهایت نیستند، بلکه فقط قابل اعمال به کمیات محدود اند در دو علم جدید 1938 .

این نظریه که اندازه را می توان بوسیله تطابق یک به یک سنجید، امروزه به نام اصل هیوم معروف است، اگرچه هیوم نیز همانند گالیله معتقد بود که این اصل نمی تواند در مورد مجموعه های نا محدود بکار رود.

Locke، لوک نیز همانند فلاسفه تجربه گرا نیز بر این باور بود که ما نمی توانیم هیچ نظر مناسبی درباره بی نهایت داشته باشیم. آنها عقیده داشتند تمامی نظرات ما از نمود احساس یا تصورات سرچشمه می گیرد، و چون تمامی حواس و خیالات ما ذاتا محدودند، به همین دلیل دایره افکار و عقاید ما محدود خواهند بود. نظر ما درباره بی نهایت صرفا منفی یا شخصی است.

:"اجازه ندهیم هر اندازه که عقیده مثبت در ذهن خود نسبت به هر مکان، مدت یا عددی داریم شدت یابد، چون بهرحال آنها محدودند؛ اما وقتی یک باقیمانده پایان ناپذیر را فرض می کنیم، که تمامی قیود را از آن برمیداریم، و به ذهن خود اجازه تفکرات تصاعدی بی پایان را می دهیم، بی آنکه عقیده خود را کامل نماییم،آنجاست که ما نظر خود را در مورد بی نهایت خواهیم داشت؟ تازه وقتی فکر خود را درباره فضا یا مدت بینهایت شکل میدهیم، آن نظر بسیار مبهم و پیچیده است، زیرا آن از دو بخش بسیار متفاوت ساخته شده است، اگر متناقض نباشند. برای کمک به تنظیم یک طرح در مورد هر فضا یا عددی، به بزرگی تصورمان، کافی است بسادگی ذهن را راحت نموده و تفکرمان را در باره آن طرح متوقف سازیم؛ که برخلاف عقیده در باره بینهایت است، که عبارتست از تصور تصاعدی بی پایان." (Essay, II. xvii. seven. ، تاکید نویسنده)

بطور بسیار عالی، توماس هابز فوق-تجربه گرا، سعی نمود تا از ایده بینهایت بالقوه در روشنایی کشف شکل «Gabriel's horn) بوسیله توریچیلی Evangelista Torricelli دفاع نماید، شکلی که سطح نامحدود داشته، ولی حجم آن محدود است.

ادراک ریاضی

درک ریاضی مدرن از بینهایت در اواخر قرن نوزدهم توسط کارهایGeorg Cantor،
Gottlob Frege، Richard Dedekind] و دیگران با استفاده از ایده مجموعه ها، توسعه یافت.برخورد آنها در اصل به قبول ایده ««تناظر یک به یک بعنوان یک استاندارد برای مقایسه سایز مجموعه ها بود، و رد کردن نظر گالیله (که از اقلیدس ناشی شده بود) مبنی بر اینکه کل نمیتواند هم اندازه جزء باشد. یک مجموعه نامحدود را میتوان بصورت ساده طوری تعریف نمود که هم اندازه حداقل یکی از اجزاء "مناسب" آن باشد.

بدینسان کانتور نشان داد که مجموعه های بینهایت میتوانند اندازه های متفاوت داشته باشند، با تمایز بین مجموعه های بینهایت قابل شمارش و بینهایت غیر قابل شمارش، و یک فرضیه اعداد کاردینال را حول این مطلب توسعه داد. نظر او غالب گردید و ریاضیات مدرن عملا بینهایت را پذیرفت. سیستمهای اعداد توسعه یافته مشخصی، مانند اعداد حقیقی، اعداد معمولی(محدود) و اعداد نامحدود را با سایزهای مختلف، متحد می نمایند.

وقتی سروکارمان با مجموعه های نامحدود می افتد، بصیرت کسب شده ما از مجموعه های محدود ازکار میافتد. یک مثال برای این پارادوکس گراند هتل هیلبرت است.

یک سوال فریبکارانه این است که آیا بینهایت عملی در کیهان مادی وجود دارد: آیا تعداد ستاره ها نامحدود است؟ آیا گیهان دارای حجم نامحدود است؟ آیا فضا "تا ابد ادامه" دارد؟ این یک سوال باز مهم در کیهان شناسی است. توجه داشته باشید که سوال از نامحدود بودن بصورت منطقی، غیر از سوال در مورد داشتن مرز می باشد. سطح دو بعدی زمین، برای مثال، محدود است، در حالیکه هیج مرزی ندارد. با راه رفتن / دریانوردی / رانندگی به اندازه کافی طولانی در مسیر مستقیم، شما درست به همان نقطهای که شروع کرده بودید، باز می گردید. کیهان، حداقل در مبادی و اصول، ممکن است بر اساس یک اصل مشابه عمل نماید؛ اگر شما با فضاپیمای خود به اندازه کافی طولانی در مسیر مستقیم و روبروی خود پرواز کنید، شما اتفاقا و بصورت ناگهانی دوباره از همان نقطهای که از آن شروع کرده بودید، می گذرید.

نظریات مدرن

مباحثه مدرن درباره بینهایت امروزه بصورت بخشی از تئوری مجموعه و ریاضیات مرد توجه قرار گرفته است، و کلا فلاسفه از بحث درباره آن احتراز می کنند. Wittgenstein یک استثناء بوده است، کسی که حملات مهیجی را علیه بدیهیات تئوری مجموعه، و ایده بینهایت عملی، در "اواسط عمر خود" انجام داد.

بینهایت امروزه به انواع مجوعه ها نامحدود زیادی تقسیم شده است، مانند aleph-null، یک سری قابل شمارش از اعداد طبیعی، و beth-one، یک سری غیر قابل شمارش مانند تعداد کمانهای موجود در یک دایره یا تعداد نقاط روی یک خط، و یک تعداد نامحدود از چیزهای دیگر.

:"آیا معادله m = 2n گروه تمام اعداد را با زیرگروههایش مرتبط می کند؟ خیر. آن هر عدد دلخواهی را با دیگری مرتبط می سازد، و بدین ترتیب ما به گروههای زوج نامحدود وارد می شویم، که هرکدام به دیگری مرتبط میباشد، ولی هرگز به گروه یا زیرگروهی مرتبط نیستند. هیچیک از این دو، یکجوری خودش یا دیگر گونه از یک زوج گروه، فرآیند نامحدود نمی باشند ... در موهومات که m = 2n یک گروه را با زیرگروههایش مرتبط می سازد، هنوز ما صرفا یک حالت از دستور زبان دوپهلو را خواهیم داشت." (Philosophical Remarks ? 141, cf Philosophical Grammar p.465)

برخلاف تجربه گراهای سنتی، او معتقد بود بینهایت یک جوری در درک تجربی مسلم می باشد.

:"من میتوانم وجود هر تجربه محدودی را در فضا مشاهده کنم ... ما ضرورت بینهایت را در فضا در ...کوچکترین جزء آن تشخیص میدهیم". " زمان با همان احساس نامحدود است همانطور که فضای سه بعدی جرکت و منظر نامحدود است، اگرچه در حقیقت دورترین جایی که می توانم ببینم، دیوارهای اتاقم باشد."

:" آنچه درباره بی پایانی، نامحدود است، فقط بی پایانی خودش است ..."

مطلق

سوال دیگر این است که آیا ادراک ریاضی از بینهایت ارتباطی با ادراک مذهبی از خدا دارد؟ این سوال هم کانتور را، با عقیده اش در مورد بینهایت مطلق که با خدا برابر قرارداده شده است، و هم Kurt Godel را با اثبات ؟؟؟ Godel's ontologicalاش از وجود یک نهاد که او آنرا به خدا وابسته کرد، مخاطب خود قرار داده است.

منطق ، مجموعه ها، اعداد

مشخصات کتاب

نام کتاب : منطق ، مجموعه ها، اعداد

مؤلفین : دکتر آدینه محمد نارنجانی و دکتر مجید میرزاوزیری

ویراستار : دکتر علیرضا کامل میرمصطفایی

چاپ : چاپخانه شاهین

انتشارات سخن گستر

گزیده ای از آنچه در مقدمه این کتاب آمده است :

ریاضیات از علومی است که آموختن آن هنگامی کاملا ً تحقق پیدا می کند که بتوان آن را به دیگران نیز آموزاند و در حقیقت پس از یاد دادن ریاضیات است که می توانیم بگوییم آن را به خوبی فرا گرفته ایم. آنچه در انتقال مفاهیم ریاضی اهمیت دارد دقیق نویسی ریاضیات است. ارائه ی دقیق تعاریف باعث می گردد که هم بنای ریاضیات که بر آن ها نهاده می شود مستحکم گردد و هم درک آن برای متعلمان آسان تر شود. بنابراین می توان گفت که برای یک ریاضی جو، یعنی کسی که گام ای نخست برای یافتن ریاضیات را برمی دارد، از همه مهم تر یادگیری رستور نگارش ریاضیات و آشنایی با ساختمان های اساسی در ریاضیات، یعنی اعداد، می باشد. این همان چیزی است که از آن به مبانی ریاضیات یاد می شود.

تدریس مبانی ریاضیات به عنوان درس دانشگاهی در سال های متمادی، کسب تجربه در ریاضی نویسی، مشاهده ی موارد مشابه در مشکلات یادگیری آن بین دانشجویان و وجود نوعی کمبود در منابع موجود درسی، ما را بر آن داشت تا در تألیف کتاب حاضر علاوه بر ارائه ی تعاریف،اصول و قواعد اولیه ی منطق، به ذکر نکات ظریف ِ نوشتن ِ خوب نیز بپردازیم. مشکلی که هم اکنون بسیاری از ریاضی ورزان روزگار ما را به خود مشغول کرده است این است که اندیشه های خوبی برای به دست دادن مفاهیم نو دارند اما شیوه ی مناسب بیان آن را نمی دانند و لذا در انتقال یافته های خود چندان موفق نیستند.

در این کتاب گرچه به تمامی جزئیات لازم در درس مبانی ریاضیات توجه کرده ایم، با این حال این جزئیات را برای دانشجویی که اولین گام را در آشنا شدن با ریاضیات بر می دارد کافی ندانسته ایم و گوشه چشمی به برخی عناوین دیگر نیز داشته ایم. از همه مهم تر در تألیف این کتاب سعی داشتیم تا ساختمان اعداد اعم از اعداد طبیعی، حسابی، صحیح، گویا، حقیقی، مختلط و اصلی را با ذکر دقیق ترین نکات به شیوه ای ساختاری بنا نهیم.

فضاهای متریک ( با طعم توپولوژی)

...« کتاب برگزیده سال 1384 خراسان » ...

مشخصات کتاب

نام کتاب : فضاهای متریک ( با طعم توپولوژی)

...« کتاب برگزیده سال 1384 خراسان » ...

( ویرایش جدید )

تألیف : دکتر مجید میرزاوزیری

ویراستار علمی : دکتر محمد صال مصلحیان

امور فنی و چاپ : مؤسسه چاپ و انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد

توضیحاتی در مورد محتویات کتاب و دانشجویان مخاطب آن که از مقدمه چاپ اول کتاب انتخاب شده است :

مطالبی که در این کتاب خواهید دید چند سالی است که با تدریس در دانشگاه تجربه شده و سعی گردیده است تا نظرات سازنده ی دانشجویان در رفع کاستی ها اعمال گردد، گرچه هنوز هم با ایده آلی که مد نظر است فاصله دارد.

تجربه ی تدریس نشان می دهد که دانشجویان فقط علاقه مند به یادگیری مباحث علمی صرف نیستند و ترجیح می دهند علاوه بر آن، به طریقی ملموس با تاریخ علم مورد بحث نیز آشنا شوند. همچنین اکثر دانشجویان از مطالعه ی مطالب علمی در قالبی تکراری و یکنواخت گریزان هستند و پشت سرهم آمدن تعاریف و قضایا چندان به نظر ایشان خوش نیم آید. از این رو در تألیف کتاب حاضر کوشش شده است تا به این مهم توجه شود.

بحث در مورد فضاهای متریک ، به خودی خود آن قدر ظریف و پرکار است که شمه ای ز بیانش به صد رساله نیز بر نمی آید ، مخصوصأ آن که در این کتاب سعی شده است تا علاوه بر این مبحث، گوشه چشمی به توپولوژی نیز داشته باشیم و با این مبحث ریاضی کام خود را شیرین سازیم. روشن است که با افزودن چاشنی توپولوژی به مبحث اصلی کتاب ، قصد ارائه ی بحث تخصصی و مفصل را در مورد آن نداریم و تنها به اشاره ای مجمل قانع هستیم.

آشنایی با فضاهای متریک نیازمند پیش نیازهایی است که در این کتاب فرض را بر آن گذاشته ایم که خواننده با آن آشنا می باشد. اندک اطلاعاتی در زمینه ی منطق ، نظریه مجموعه ها و توابع، چیزی است که به طور طبیعی خواننده ای که گام در مسیر فضاهای متریک می گذارد باید با آن ها آشنا باشد. مجموعه های ، ، ، و آن قدر معروف هستند که نیازی به معرفی آن ها نیست چرا که در این کتاب قصد آن نداریم به شیوه ای نظریه مجموعه ای به نمایاندن اعداد و ساختن آن ها بپردازیم. اما ار آن جا که ساختن از روی به شیوه ی دنباله ی کوشی بحثی آنالیزی است حیف دیدیم که در این کتاب از آن سخنی به میان نیاوریم.

به علاوه هر چه بیش تر در مورد ساختارهای مختلف بدانیم درک ما از مباحث فضاهای متریک آسان تر خواهد شد. می دانیم که ساختارهای ترتیبی ( نسبت کوچکتری ) ، جبری ( اعمال جمع و ضرب ) و آنالیزی ( تابع قدرمطلق ) روی هر یک به ایجاد جنبه های مختلف قدرت کمک کمی کنند و فرض را بر این می گذاریم که خواننده به خوبی این مطالب را در درس های ریاضیات عمومی فراگرفته است. همچنین آشنایی اندکی با فضاهای برداری، نظریه ی ماتریس ها، نظریه ی اعداد و نظریه ی گراف در درک بهتر مثال ها مفید است. خاصیت ارشمیدسی اعداد حقیقی، اصل لانه کبوتری ، اصل کمال و نکاتی در مورد سوپریمم و اینفیمم نیز آن قدر معروفند که دانستن آن ها توسط دانشجویی که در حال گذراندن درسی در فضاهای متریک است بدیهی به نظر می رسد. لا همّ خود را بیش تر صرف مباحث اصلی خواهیم کرد و توان خود را در بررسی جزئیات متمرکز می کنیم.

در این کتاب، مجموعه های معمولی را با A ، B و . . . ، مجموعه های اندیس گذار را با و مجموعه های جهتدار را با نمایش می دهیم. همچنین برای نشان دادن انتهای تعاریف از علامت  ، مثال ها از  ، برهان ها از  و تبصره های از  استفاده می کنیم. لذا اگر در مطالعه ی اولیه ی کتاب چیزی به نظر مشکل آمد می توان از ابتدای بحث تا علامت مورد نظر را حذف کرد. نکته ی دیگری که لازم به ذکر است این است که در این کتاب کلمه های تابع و نگاشت را به مفهومی معادل به کار برده ایم و تمایزی بین این دو کلمه قائل نمی شویم. فقط اگر در برخی جاها کلمه ی نگاشت به چشم خورد به دلیل مصطلح بودن آن می باشد.

در حاشیه ی صفحات کتاب ، جملات و عکس هایی آمده است که تا حدودی مرتبط با مطلب مورد بحث است. در هر بخش سعی شده نامی از بزرگان ریاضیات در ابتدای بخش ها یا در جایی که اصطلاحی منسوب به فردی خاص است بیاید. اما جملای که گوینده ی آن ها مشخص نیست در زمره ی جملات طنز هستند که با حروفی متفاوت آمده اند.

آنالیز ریاضی درس ، مسأله

مشخصات کتاب

نام کتاب : آنالیز ریاضی درس ، مسأله

مؤلفان : آرش قاآنی فراشاهی ، دکتر مجید میرزاوزیری

ویراستار : علی رضا جباری

چاپ : آهنگ قلم

1386

مقدمه :

تلاش برای حل مسائل ریاضی مانند نوعی مبارزطلبی در میدان نبرد است و می توان گفت که بهترین راه برای تشخیص میزان یادگیری ریاضیات آن است که ببینیم تا چه حد می توانیم از عهده ی حل مسائل آن برآییم. برای کسی که یک بار درس را فراگرفته است و می خواهد دوباره به مباحث آن درس رو بیاورد نیز بهترین نقطه ی شروع، اقدام به حل مسأله در آن مبحث خاص است. حتی می توان گفت که در بسیاری موارد بهتر است دوره کرده درس را نیز با خواندن صورت یک سوال آغاز کنیم.

در رویارویی با یک سوال ریاضی دو حالت ممکن است رخ دهد؛ یا صورت سوال را می فهمیم و تعاریف برای ما آشنا هستند، یا حتی درک مسأله نیز برای ما مشکل می نماید. در صورتی که سوال برای ما نامفهوم باشد بی شک مطالعه ی مجدد تعاریف درس می تواند ما را به نقطه ای برساند که سوال را بفهمیم و اعتقاد بر این است که فهمیدن سوال بخش مهمی از حل آن است. از طرف دیگر در حالتی که سوال برای ما قابل درک است اما از عهده ی حل آن برنمی آییم، مسلماً مطالعه ی مجدد احکام و قضایای درس، بدون مطالعه ی برهان آن ها ، می تواند مفید باشد. معمولاً در برخورد اول با مسائل ، پس از آشنایی با قضایای مورد استفاده در مبحث مورد نظر، شاید بتوانیم دسته وسیعی از مسائل را حل کنیم، اما سختی و شاید زیبایی کار در مسائلی است که نه با صورت قضایا بلکه به کمک طرفندهای برهان ها حل می شوند.

این دسته اخیر همان بخش سخت و در عین خال زیبا از درگیری با ریاضیات را شامل می شود. گاهی اوقات حتی ترفندهای قبلی نیز برای برخورد با مسأله کارساز نیست و ریاضی دانان مجبور به ابداع روش های نو برای جدال با مسائل هستند. آنچه ریاضیات را زیبا می سازد همین مرموز بودن و غیرقابل پیش بینی بودن این میدان مبارزه است. وگرنه هر کسی با حفظ کردن دانسته های قبلی می توانست ادعا کند که راه پیروزی را یافته است.

لذا حل مسأله را نباید کاری پیش پا افتاده و دون در ریاضیا تلقی کرد. بالعکس باید اذعان داشت که شالوده ی اصلی پیشرفت در ریاضیات از غلبه برمسائل شکل می گیرد و شاید بتوان گفت که ریاضی دان برجسته کسی است که تبحر بالاتری در حل مسائل داشته باشد.

مسائل ریاضی از دو نوع مختلف هستند؛ دسته ی اول متشکل از مسائلی است که درک صورت سوال نیازمند مطالعه ای عمیق در مبحثی خاص است و دانستن تعاریف و احکام متنوع در آن بخش، تنها راه رسیدن به پاسخ می باشد. از طرفی دیگر دسته ی دوم مسائلی را شامل می شود که درک صورت آن ها به سادگی امکان پذیر است و حتی شاید یک دانش آموز دبستانی نیز به سادگی آن را دریابد، اما حل آن ها نیازمند ممارستی فوق العاده می باشد.

می توان به عنوان نمونه ا یاز دسته اول از فرضیه ی ریمان، و به عنوان نمونه ای از دسته دوم از حدس گلدباخ یاد کرد. در هر صورت هر کدام از دو نوع مسائل زیبا هستند و نمی توان دقیقاً مشخص کرد که وظیفه ی یک ریاضی دان حل کدام یک از این انواع می باشد.

در این کتاب مسائلی که به نظر مؤلفین زیبا آمده است جمع آوری گردیده و شاید هیچ محکی جز احساس زیبایی در آن ها موجب انتخابشان نشده است. از آن جایی که در طرح بعضی مسائل دانستن تعاریف و قضایایی خاص لازم به نظر آمده، آن هایی که مهم تر بوده اند ذکر گردیده اند و از این رو در این کتاب، درس را از طریق حل مسأله خواهید آموخت. فهرست الفبایی انتهای کتاب می تواند راهنمای خوبی برای یافتن مکان تعاریف و قضایای مهم در کتاب باشد.

600 مسأله حل شده در جبر دانشگاهی

مشخصات کتاب

نام کتاب : 600 مسأله حل شده در جبر دانشگاهی

University Algebra through 600 Solved Problems

مؤلف : گوپالاکریشنان Gopala Krishnan, N.S.

مترجم : دکتر احمد عرفانیان

با همکاری : لیلا فرخی و مسعود مشرقی

چاپ اول بهار 1384

انتشارات سناباد

امور فنی و چاپ : مؤسسه ی چاپ و انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد

گزیده ای از مقدمه مترجم جهت آشنایی با کتاب و ویژگی های آن :

انگیزه ی اصلی مترجم در ترجمه ی این کتاب ، آشنایی دانشجویان با مسائل تکنیکی و متنوع در دروس جبر 1 و 2 و 3 و جبرخطی 1 و 2 دانشگاهی می باشد.

در این کتاب فرض بر این است که خواننده محترم رئوس مطالب درسی را قبلاً فرا گرفته و با این دانسته ها به حل مسائل می پردازد.

این کتاب در 5 فصل تنظیم شده است که در فصل های اول تا چهارم آن مربوط به دروس جبر 1 و 2 و 3 و فصل پنجم آن مربوط به دروس جبرخطی 1 و 2 می باشد.

سری تیلور

در ریاضی سری عبارت است از مجموع جملات یک دنباله.به عبارت دیگر سری شماری از اعداد است که بین آنها عملگر جمع قرار گرفته است.

...+5+4+3+2+1

سریها بر دو نوعند:سریهای متناهی و نامتناهی؛که سریهای متناهی را می توان با اعمال ساده جبری محاسبه کرد،ولی برای محاسبه سریهای نامتناهی باید از آنالیز کمک گرفت.
به عنوان مثال سری زیر یک سری متناهی است.




سری نامتناهی، سری میباشد که جملات آن محدود نیست.
به این سری توجه نمایید:

این سری یک سری عددی نامتناهی میباشد.که در حالت کلی به صورت زیر نشان داده میشود.که به آن سری هندسی میگویند.


a را جمله اول و k را قدر نسبت سری می نامند.مجموع n جمله اول یک سری رابا نشان میدهند
در صورتی که به سمت یک عدد متناهی سیر کند آن را همگرا مینامند. در غیر این صورت به آن یک سری واگرا گویند.
حال به معرفی نوع دیگری از سریها به نام سریهای توانی می پردازیم:سریهایی را که جملات آن توابعی از متغیر x باشند را سریهای توانی گویند.و مجموعه مقادیر از x که به ازای آنها توابع موجود در سری تعریف شده و سری همگرا باشد را میدان همگرایی سری گویند.

هر سری تابعی به شکل
را یک سری توانی بر حسب میگویند.واضح است که جملات آن به فرم زیردر میآید:

حال به قضیه مهمی به نام قضیه تیلور میرسیم؛طبق این قضیه میتوان هر تابعی را که در یک بازه بینهایت بار مشتق پذیر باشد میتوان در این بازه به صورت یک سری توانی نامتناهی که به سری تیلور معروف است نشان داد.به عنوان مثال تابعی مانند را میتوان به صورت جمع توابعی بر حسب نوشت.
قبل از اینکه به توضیح کامل درباره این سریها بپردازیم.مثالی را در مورد این سریها بیان میکنیم.تابع sinx را در نظر بگیرید.این تابع را میتوان به صورت سری زیر بیان کرد:

لازم به توضیح است که در سری فوق c=0 در نظر گرفته شده است.

در اشکال زیر نمودار سری به ازای n=4؛ n=7 و نمودار sinx از راست به چپ رسم شده است.
همانطور که مشاهده میشود هر قدر تعداد جملات سری افزایش یابد شکل آن به یک منحنی تبدیل مشود.و اگر تا بینهایت رسم شکل ادامه یابد به شکل تابع sinدر مآید.
                                   
حال به شکل تابع sinx توجه کنید متوجه میشوید که با ادامه روند رسم اشکال به ازای nهای نامتناهی سرانجام به شکل sinx خواهیم رسید.
حال در زیر به تشریح کامل سریهای تیلور می پردازیم.

بحث جامع

''
sin(x) و تخمین تیلور(Taylor)، چند جمله‌ای های از درجه 1، 3، 5، 7، 9، 11 و 13.''

در ریاضیات، سری‌های تیلور از یک تابع f حقیقی (یا مختلط) که معمولا بطور نامحدود مشتق پذیر بوده و در یک فاصله باز (a-r و a+r ) تعریف شده، بصورت سریهای توانی زیر میباشد:
:

که در آن !n فاکتوریل n و (f ⁽ⁿ⁾(a به معنی مشتق nام f در نقطه a میباشد.

اگر این سریها برای هر مقدار x در فاصله (a-r, a+r) همگرا بوده و مجموع آن برابر (f(x باشد، آنگاه تابع (f(x تحلیلی نامیده میشود. برای اطمینان از همگرایی سریها به (f(x، معمولا از تخمین برای جمله باقیمانده قضیه تیلور استفاده میشود. یک تابع تحلیلی است، اگر و فقط اگر بتوان آنرا بصورت یک سریهای توانی نمایش داد؛ ضرایب در سریهای توانی لزوما همان ضرایبی است که در فرمول سریهای تیلور داده شده است.
اگر a = 0 باشد، این سریها به نامسریهای مک‌لارین(Maclaurin) نامیده میشود.
اهمیت یک چنین سریهای توانی سه جانبه است. اول، مشتق گیری و انتگرال گیری سریهای توانی میتواند جمله به جمله انجام شود لذا بطور خاصی ساده است. دوم، یک تابع تحلیلی میتواند بطرز یکتایی به تابع هولومورفیک(holomorphic) تعریف شده روی یک صفحه باز در روی سطح مختلط، امتداد داده شود، که مکانیزم کامل تحلیل مختلط را فراهم مینماید. سوم، سریهای (کوتاه شده) میتواند برای محاسبه مقادیر تقریبی تابع استفاده شود.

.

تابع e^-1/x² تحلیلی نیست، مقدار سریهای تیلور 0 است، درحلیکه مقدار تابع غیر صفر است.

توجه داشته باشید که مثالهایی برای توابع (f(x که دارای مشتقات محدود بوده و سریهای تیلور آنها همگرا بوده ولی برابر (f(x نیست، وجود دارد. برای مثال، برای تابع تعریف شده مقطع بصورت (f(x) = exp(−1/x² اگر x ≠ 0 وf(0) = 0،
تمام مشتفات در نقطه x = 0 صفر میباشند، بنابراین سریهای تیلور (f(x صفر بوده، و شعاع همگرایی آن محدود است، اگر چه تابع بطور یقین صفر نمی باشد. این آسیب، توابع ارزشمند- مختلط برای یک متغیر مختلط را مخدوش نمی نماید. توجه اینکه با نزدیک شدن z به سمت 0 در طول محور فرضی (exp(−1/z² به 0 نزدیک نمی شود.

بعضی از توابع را نمیتوان بصورت سریهای تیلور نوشت زیرا آنها دارای حالت استثنایی می باشند؛ در این حالتها، اغلب نیز میتوان به بست سریهایی دست یافت اگر بتوان از توانهای منفی متغیر x استفاده نمود؛ رجوع شود به سریهای لارنت«Laurent). برای مثال، (f(x) = exp(−1/x² را میتوان بر حسب سریهای لارنت نوشت.

قضیه پیشرفت اخیر برای یافتن سریهای تیلوری است که بتواند راهکاری برای معادلات دیفرانسیل باشد. این قضیه توسعه تکرار پیکارد«Picard) میباشد.

فهرست سریهای تیلور

چندین بست سریهای تیلور مهم بشرح ذیل میباشد. تمام این بستها نیز برای متغیرهای مختلط x صادق می باشد.

توابع اکسپتانسیلی و لگاریتم طبیعی:

:

:

سریهای هندسی:

:

قضیه فرعی-جزیی«Binomial» :

:

توابع مثلثاتی:

:

:

:

:

:

:

توابع هایپربولیک:

:

:

:

:

:

توابع لامبرت«Lambert's W):

:

اعداد B_k که در بستهای (tan(x و (tanh(x ظاهر می شوند همان اعداد برنولی ، (C(α,n در بستهای فرعی-جزیی ضرایب فرعی-جزیی بوده و E_k در بستهای (sec(x همان اعداد اولر می باشند.

چند بعدی

سریهای تیلور را به توابع با چند متغیر نیز تعمیم داد.

:

پارادوکس

زمینه تاریخی پارادوکس

پیدایش پارادوکس ها زمینه تاریخی دارد.برای فهم بهثر ان داستان زیر را ذکر میکنیم:
در یک روز جمعه دادگاه شخصی را به مرگ محکوم کرد. قاضی به زندانیِ محکوم گفت:

ظهریکی از روزهای هفته‌ی آینده حکم اعدام درباره‌ی تو اجرا خواهد شد، ولی ما آنروز را برای تو مشخص نخواهیم کرد و تو هرگز قبل از آن روز اطلاع پیدا نخواهی کرد و فقط شش ساعت قبل یعنی صبحِ روز اجرای حکم موضوع را به تو اطلاع خواهیم داد.

قاضیِ مذکور در همه‌ی عالم به ذکاوت و خوش‌قولی مشهور بود و همیشه دقیقاً به گفته‌ی خود عمل می‌نمود.

زندانی به همراهی وکیل مدافع خود به سلولش داخل شد و هر دو غمزده در گوشه‌ای به فکر فرو رفتند. ناگاه وکیل مدافع با لبخندی پیروزمندانه سکوت را شکست و گفت:

اجرای حکم قاضی امکان ندارد.

زندانی گفت:

من که چیزی سردر نمی‌آورم. چرا؟

وکیل مدافع پاسخ داد:

اجازه بده تا درست برایت شرح دهم: مسلماًً آن‌ها روز جمعه نمی‌نتوانند تو را اعدام کنند. به دلیلِ اینکه اگر فرضاً بخواهند در روز جمعه‌ی آینده حکم را اجرا نمایند. در این صورت تو تمام روزهای هفته و همچنین بعدازظهر پنج‌شنبه زنده خواهی بود و چون فقط روز جمعه یعنی یک روز دیگر به مهلت باقی مانده، بعد ازظهر پنج‌شنبه برای تو مسلم خواهد شد که فردا یعنی روز جمعه و تنها روز آخر هفته ، حکم اجرا خواهد شد. در نتیجه تو روز اجرای حکم را یک روز پیش‌تر پیش‌بینی و قبل از صبح جمعه از آن اطلاع حاصل کرده‌ای و این موضوع نقض حکم قاضی بوده و گفته‌ی او را بی‌اعتبار خواهد کرد.


زندانی گفته‌ی او را تصدیق کرد.وکیل مدافع ادامه داد:

بنابراین روز جمعه‌ی آینده از فهرستِ روزهای مهلت حذف و در آن روز حکم غیرقابل اجرا است. و اما روز پنج‌شنبه نیز نمی‌توانند تو را اعدام کنند چون در بعدازظهرِ چهارشنبه دو روز بیشتر به آخر هفته نمانده و چون روز جمعه از فهرست حذف شد ، تنها روز پنج‌شنبه آخرین روز اجرای حکم می‌باشد نتیجتاً بعدازظهر چهارشنبه تو خواهی دانست در روز پنج‌شنبه که آخرین روز امکان اجرای حکم است، تو را اعدام خواهند کرد. اطلاع تو یک روز پیشتر از اجرای حکم مجدداً متناقض با حکم قاضی است. بنابراین پنج‌شنبه نیز حکم غیرقابل اجرا است. چهارشنبه نیز امکان اجرای حکم وجود ندارد چون جمعه و پنج‌شنبه حکم غیرقابل اجرا شد و فقط چهارشنبه آخرین روز اجرای حکم تشخیص داده شد و تو که بعدازظهر سه‌شنبه هنوز زنده هستی، اجرای حکم روز چهارشنبه را پیش‌بینی خواهی کرد و از آن اطلاع خواهی یافت.

در این موقع که زندانی از حالت غمزدگی بیرون آمده بود با لبخندی مسرت‌بخش گفت:

پس به هر طریق می‌توان گفت که روز سه‌شنبه و سپس دوشنبه و بالاخره یک‌شنبه نمی‌توانند مرا اعدام کنند و فقط فردا یعنی شنبه باقی است. و اما فردا نیز اجرای حکم برای آنها غیرممکن است چون در این صورت من امروز موضوع را خواهم فهمید.


ملاحظه می‌شود از لحاظ منطقی هیچ تناقضی در حکم قاضی جهت اعدام زندانی وجود ندارد با این وجود حکمش غیرقابل اجرا است. به دلایل بالا به نظر می‌آید که حکم قاضی باعث نقض حکم خودش شده است، اگر حکم را اجرا کند خلاف حکم خودش شده است، اگر حکم را اجرا کند خلاف حکم خود عمل کرده و اگر اجرا نکند باز هم خلاف حکم خود رفتار نموده.


روایت دیگری از این پارادکس از یک اعلامیه‌ی فرمانده‌ی نظامی گفتگو می‌کند که در آن ذکر شده:

برای تمرین ، در یکی از شبهای هفته‌ی آینده آژیر خطر کشیده خواهد شد. شب تمرین در شش بعدازظهر همان روز به اطلاع عامه خواهد رسید و تا شش بعدازظهر کسی از شب موعود مطلع نخواهد شد.


به ظاهر چنین به نظر می رسد که خود این اعلامیه ثابت می‌کند که تمرین هرگز انجام نخواهد گرفت. به زبان دیگر اجرای تمرین عملی نیست مگر این که به متن اعلامیه عمل نشود.

پارادوکس درریاضی

در ریاضیات نیز میتوان به یک پارادوکس مهم در نظریه مجموعه ها به نام پارادوکس راسل اشاره کرد:
مجموعهA را مجموعه ای تعریف می کنیم که شامل اعضای خود نباشد .یعنی

در این صورت اگر انگاه

اگر انگاه

که این پارادوکس از معروفثرین پارادوکس ها در نظریه مجموعه هامی باشد

آمار

آمار

آمار علم و عمل توسعه دانش انسانی از طریق استفاده از داده های تجربی است. آمار بر نظریه‌ی آمار مبتنی است که شاخه‌ای از ریاضیات کاربردی است. در نظریه‌ی آمار، اتفاقات تصادفی و عدم قطعیت توسط نظریه احتمال مدل می‌شوند. عمل آماری، شامل برنامه‌ریزی، جمع‌بندی، و تفسیر مشاهدات غیر قطعی است. از آنجا که هدف آمار این است که از داده‌های موجود «بهترین» اطلاعات را تولید کند، بعضی مؤلفین آمار را شاخه‌ای از نظریه‌ی تصمیم‌گیری به شمار می‌آورند.

تاریخچه

سرآغاز اولیه آمار را باید در شمارش های آماری حوالی آغاز قرن اول میلادی یافت. اما ،تنها در قرن هجدهم بود که این علم ، با به کار رفتن در توصیف جنبه هایی که شرایط یک وضعیت را مشخص میکردند ، به عنوان رشته ای علمی و مستقل شروع به مطرح شدن کرد.
مفهوم از کلمه لاتینی ،به معنی شرط ، استخراج شده است. مدت های مدید ، این علم ، محدود به کار در این حوزه بود ، و تنها در دهه های اخیر از این انحصاری جدا شدو ، و به کمک نظریه احتمال ،شروع به بررسی روش های تحلیل داده های آماری و اثبات فرض های آماری کرد.
روش های این آمار ریاضی با آشکار کردن قوانین جدید ، به ابزاری موثر در علوم طبیعی و تکنولوژی تبدیل شد.

جامعه و نمونه

جامعه یک بررسی آماری دارای مشاهده ها یا آزمایش هایی تحت شرایطی یکسان ، به عنوان عنصرهای خود است. هر یک از این عنصرها را میتوان نسبت به مشخصه های متفاوتی بررسی کرد ، که می توانند به عنوان متغیرهای تصادفی XوY .... در نظر گرفته شوند.
اگر مشخصه تحت بررسی X ، دارای تابع توزیع F در جامعه مربوط باشد ، آنگاه گفته می شود که جامعه مورد بحث دارای توزیع F نسبت به مشخصه X است. در بررسی های آماری همواره زیر مجموعه ای متناهی از عناصر جامعه مورد تحقیق قرار می گیرد.این زیر مجموعه به نمونه موسوم است ، و n، تعداد عناصر موجود در آن ، اندازه نمونه نامیده می شود.

مثال

اگر وزن پسر بچه های ده ساله متغیر تصادفی x باشد ، در این صورت تمام پسر بچه های به این سن یک جامعه تشکیل می دهند . اندازه های وزن پسربچه های در شماری از مکان ها یک نمونه می سازند ، و هر پسر بچه عنصری از جامعه مزبور است . وزن مورد بحث مشخصه ای از عنصر های مزبور به شمار می رود ، و سایر مشخصه ها ، به عنوان مثال ، بلندی قد و اندازه سینه اند.

طرح آزمایش

در بررسی یک مسئله با روش های آماری ، باید نقشه آزمایش کشیده شود که شامل روش جمع آوری داده ها،اندازه نمونه مورد نظر و روش حل آن مسئله است. در این مورد هر چه نقشه آزمایش دقیق تر باشد ، نتایج به دست آمده از روش های آماری بهتر خواهند بود . بخصوص ، باید اطمینان حاصل شود که هیچ یک از اندازه گیری هایی که برای نتایج مورد نظر دارای اهمیت اند از قلم نیفتند یا ناقص نباشند . اما در این مورد همچنین می توان ، تنها به همان اندازه که می شود با بخش ناچیزی از هزینه ها به دست آورد قناعت و از دستاوردی با یک رشته آزمون بسیار پرخرج اجتناب کرد.
در این رابطه ، نکات زیر از اهمیت برخوردارند:

• مواد یا اطلاعات بررسی شده باید همگن باشند ؛ یعنی ،روش آزمون ،در دوره بررسی ، باید یکسان باقی بماند. در وسایل یا شرایط تولید نباید تغییری داده شود ، و ابزارهای اندازه گیری با دقت های متفاوت نباید به کار روند.

 

• بایدتا آنجا که امکان دارد خطاهای منظم یا عوامل موثر کنار گذاشته شوند . به عنوان مثال ، اگر مایل باشیم دو ماده را با هم مقایسه کنیم ، باید هر دو را در یک دستگاه تهیه کرده باشیم ، چه در غیر این صورت تفاوت دستگاه ها در نتایج بررسی وارد می شود ، و در کشاورزی ، در آزمون کودهای متفاوت ، باید زمین را ،به خاطر یکسان کردن تاثیر نوع خاک و موقعیت آن ، به باریکه های موازی تقسیم کرد.

باید نظارتی در نظر گرفته شود. در این مورد، یا برای مشخصه تحت بررسی مقادیر استانداردی موجودند ،که می توانند با نتایج آزمون مقایسه شوند ، یا آزمونهای نظارتی باید انجام گیرند . به عنوان مثال ، در آزمایش مربوط به کودها ، باید تاثیر یک کود از تفاوت بین گیاهانی که که با آن یا بدون آن ،تحت شرایط محیطی یکسان ،رشد کرده اند ، ارزیابی شود.

انتخاب نمونه باید تصادفی یا نماینده ای باشد . انتخاب تصادفی انتخابی است که در آن هر عنصر برای اینکه عضو آن نمونه باشد یا نباشد ، از احتمال یکسان برخوردار است. به عنوان مثال ، در یک محموله پیچ ، نمونه مورد آزمون نباید تماماَ از یک مکان انتخاب شود ،بلکه باید روی کل محموله توزیع شده باشد ، و در اندازه گیری ضخامت سیم ها نقاط اندازه گیری شده باید به طور تصادفی روی تمام طول سیم توزیع شده باشد.

انتخاب تصادفی عناصر را می توان به کمک جداول اعداد تصادفی انجام داد ، و انتخاب نماینده ای نمونه را می توان زمانی انجام داد که ماده تحت بررسی را بتوان به گونه ای یکتا به اجزایی تقسیم کرد . به عنوان مثال ، امکان پذیر است که یک محموله پیچ را به چنان طریقی تقسیم کنیم که هر جزء مزبور ، به تصادف انتخاب کرد ، ودر این صورت کل آنها نمونه مورد نظر را تشکیل می دهند. به این طریق تصویری از محموله ، بر مبنای مقیاسی کاهش یافته به دست می آید.
با توجه به اندازه نمونه مورد آزمون ، البته باید به بررسی مورد بزرگ تر و استنتاج بهتر ، درباره جامعه ای که از آن می توان ساخت ، پرداخت ،اما از طرف دیگر ، اندازه مزبور ، به دلایل زمانی و تلاش به کار رفته ، معمولاَ کوچک در نظر گرفته می شود، بنابر این باید انحرافی تصادفی از نتایج را نیز به حساب بیاوریم. هنگامی که ، با روش های آماری ، استنتاجاتی درباره جامعه ای به دست می آوریم باید اندازه نمونه مورد آزمون را نیز در نظر بگیریم.

اصول نظریه اعداد

نام کتاب : اصول نظریه اعداد : Elements of Number Theory

مشخصات کتاب

تألیف : جان استیلول John Stillwell

ترجمه : دکتر مجید میرزاوزیری

ویراستار علمی : دکتر محمد صال مصلحیان

امور فنی و چاپ : مؤسسه چاپ و انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد

 

اکنون گزیده ای از مقدمه مترجم جهت آشنایی بیشتر شما عزیزان با این کتاب آورده می شود :

ابتدای مقدمه با این عبارت آغاز می شود :

. . . « روزی یکی از اشراف از اقلیدس پرسید که آیا راهی کوتاهتر از خواندن کتاب اصول برای آشنایی با هندسه وجود دارد. اقلیدس در پاسخ گفت : هیچ جاده ی ملوکانه ای به سمت هندسه کشیده نشده است. » . . .

نام کتاب شاید چندان بی ارتباط به نام کتاب معروف اقلیدس نباشد. آنچه این کتاب را از متون مشابه، متمایز می سازد خودآموز بودن آن است. شیوه ی بیان مباحث ، آن قدر ساده است که حتی برای مبتدیان نیز به خوبی قابل فهم است. تمرین های مناسبی که در فواصل بخش ها آمده است این امکان را برای خواننده فراهم می آورد تا دانشی را که در هر بخش کسب کرده است، محک بزند.

در هر فصل از کتاب بخشی به نام بـحـث وجود دارد که جنبه های تاریخی مباحث مطرح شده در آن فصل را مورد بررسی قرار می دهد.

تأکید مناسبی که بر مسأله ی رمز نگاری و دستگاه RSA ( به عنوان فصلی مجزا ) شده است، باعث می گردد تا جنبه های کاربردی نظریه اعداد نیز حفظ و معرفی گردد.

تئوری اعداد

تئوری اعداد number theory شاخه ای از ریاضیات محض pure mathematics است که در مورد خواص اعداد صحیح integers بحث می کند و حاوی بسیاری مسائل است که حتی غیر ریاضیدانان به راحتی آنها را متوجه می شوند .به طور کلی ایـن شاخه ، مسائل مربوط به مطالعه اعداد صحیح را مطرح می کند. تئوری اعداد را می توان بنا به روشهای بررسی سؤالات به چندین بخش تقسیم کرد. مثلاً به سرفصل های تئوری اعداد مراجعه نمایید .

• تئوری مقدماتی اعداد ،اعداد صحیح را بدون توجه به تکنیک های ریاضی به کار رفته در سایر شاخه ها بررسی می کند . مسائل بخش‌پذیری divisibility ، الگوریتم اقلیدسیEuclidean algorithm ، محاسبه ی بزرگترین مقسوم الیه مشترک greatest common divisors ، تجزیه ی اعداد به اعداد اول prime numbers ، جستجوی عدد تام perfect number و همنهشتی ها congruences در این رده هستند . نمونه ها قضیه ی کوچک فرما Fermat’s little theorem ، و قضیه ی اولر Euler’s theoremهستند و به طور عام قضیه ی باقیمانده ی چینی Chinese remainder theorem و قانون تقابل درجه ی دوم quadratic reciprocity هستند . خواص توابع ضربیmultiplicative functions مانند تابع موبیوس Mobius function و تابع اولر Euler's φ function و همینطور دنباله ی اعداد صحیح integer sequences مانند فاکتوریل هاfactorials و اعداد فیبوناچی Fibonacci numbers در همین حوزه بررسی میشوند . بسیاری از سؤالات در تئوری مقدماتی اعداد شدیداً عمیق هستند و نیاز به بازنگری هایی دارند . به عنوان نمونه :

• انگاره‌ی گلدباخ Goldbach conjecture که می‌گوید آیا هر عدد زوجی حاصل‌جمع دو عدد اول است یا نه.
• انگاره‌ی کاتالان Catalan’s conjecture که در مورد توانهای متوالی اعداد صحیح است .
• انگاره‌ی اعداد اول دوقلو Twin prime conjecture که در مورد بینهایت بودن اعداد اول دوقلو است.
• انگاره‌ی کولاتز Collatz conjecture که در مورد تکرار ساده می‌باشد .
• معادلات دیوفانتیDiophantine نیز هنوز تصمیم ناپذیر است.

• تئوری تحلیلی اعداد Analytic number theory ازحسابانcalculus و آنالیز مختلطcomplex analysis برای مطالعه‌ی اعداد صحیح استفاه می کند و با سؤالاتی در مورد اعداد صحیح دست و پنجه نرم می کند که در تئوری مقدماتی اعداد بررسی و بحث در مورد آن بسیار دشوار به نظر می‌رسد . قضیه ی اعداد اولprime number theorem و فرضیه ریمان Riemann hypothesis مثال هایی از آن هستند . مسئله ی وارینگ Waring’s problem ( که عدد صحیحی را به صورت جمع چند مربع یا مکعب چند عدد نشان می دهد ) ،انگاره‌ی اعداد اول دوقلو Twin prime conjecture(که تعداد بینهایت عدد اول با اختلاف 2 را پیدا می کند ) ، و فرضیه ی گلدباخGoldbach’s conjecture ( که عددهای زوج داده شده را به صورت مجموع دو عدد اول پیدا می کند ) با روشهای تحلیلی مورد حمله قرار گرفته شده اند . اثبات متعالی بودن transcendence ثابت های ریاضی ، مانند e و پی در بخش تئوری اعداد تحلیلی قرار دارند . بعضی ها حکم هایی در مورد اعداد متعالی را از محدوده ی مطالعات اعداد صحیح خارج می کنند ، در واقع مقادیر ممکن برای چند جمله ایها با ضریب های صحیح مانند e و پی به مبحث تقریب دیوفانتین Diophantine aproximation ارتباط نزدیک دارند ؛ و سؤال آنها این است که چگونه می توان یک عدد حقیقی داده شده را با یک عدد گویا rational تقریب زد ؟

• تئوری جبری اعداد ، مفهوم عدد را به اعداد جبری algebraic numbers که همان ریشه های چند جمله ایها با ضرایب گویا rational coefficient هستند گسترش می‌دهد.در این حوزه مباحثی همانند اعداد صحیح به نام اعداد صحیح جبری algebraic integers وجود دارد . در اینجا لازم نیست به صورت های آشنای اعداد صحیح ، ( مانند تجزیه یکتا the unique factorization) پایبند باشیم .مزیت روش استفاده شده --تئوری گالوا Galois theory ، میدان همانستگی field cohomology ، تئوری رده ی میدان class field theory ، نمایش گروه ها group representations و L-تابع‌ها L-functions این است که به ما اجازه می دهدبرای این رده از اعداد ، این ترتیب را تا حدودی بپوشانیم .تعدادی از سؤالات قضیه ی اعداد با مطالعه پیمانه p برای کلیه اعداد اول p مورد حمله قرار گرفته شده اند . (به میدانهای متناهی finite fields مراحعه کنید ) .به چنین چیزی localization می گویند که به ساختمان اعداد p ادیک p-adic numbers می انجامد . به این محدوده تحلیل موضعی local analysis می گویند که از تئوری اعداد جبری ناشی می شود .

• تئوری ترکیبیاتی اعداد به بررسی ، مطالعه و حل مساله‌های تئوری اعداد با استفاده از تکنیک‌های ترکیبیاتی می‌پردازد. پل اردوش کارهای بزرگی در این زمینه انجام داد. روش‌های جبری و تحلیلی در این شاخه از تئوری اعداد کاربرد فراوان دارند.

• تئوری هندسی اعداد همه ی فرم های هندسی را در بر می گیرد ؛و از قضیه ی مینکوسکی Minkowski’s theorem در ارتباط با نقاط مشبکه lattice points در مجموعه های محدب convex sets و جستجو در بسته بندی کره ها sphere packings شروع می شود .هندسه جبری بخصوص خم‌های بیضویelliptic curves نیز به کار می آیند .این تکنیک‌ها در اثبات آخرین قضیه معروف فرما Fermat’s last theorem تاثیر فراوان داشته اند .

• تئوری محاسباتی اعداد computational number theory به الگوریتم های تئوری اعداد می پردازد والگوریتم های سریع برای امتحان اعداد اول prime testing و تجزیه اعداد صحیح integer factorization در مبحث کریپتوگرافی cryptography کاربرد های مهمی دارند .

.

تاریخچه تئوری اعداد

بعد از دوران یونان باستان ، تئوری اعداد در قرن شانزدهم و هفدهم با زحمات ویتViete ، باشه دو مزیریاکBachet de Meziriac ، و بخصوص فرما Fermat دوباره مورد توجه قرار گرفت . در قرن هجدهم اولرEuler و لاگرانژ Lagrangeبه قضیه پرداختند و در همین مواقع لژاندر Legendre و گاوسGauss به آن تعبیر علمی بخشیدند . در 1801 گاوس در مقاله ی Disquisitiones Arithmeticæ حساب تئوری اعداد مدرن را پایه گذاری کرد .

چبیشفChebyshev کران هایی برای تعداد اعداد اول بین یک بازه ارائه داد . ریمان Riemann اظهار کرد که حد تعداد اعداد اول از یک عدد داده شده تجاوز نمی کند . (قضیه ی عدد اول prime number theory. ) و آنالیز مختلط complex analysis را در تئوری تابع زتای ریمان Riemann zeta function گنجاند و فرمول صریح تئوری اعداد اول explicit formulae of prime number theory را از صفر های آن نتیجه گرفت .
تئوری همنهشتی congruences از Disquisitiones گاوس شروع شد . او علامت گذاری زیر را پیشنهاد کرد :

(mod(c

چبیشف در سال 1847 به زبان روسی کاری را در این زمینه منتشر کرد و سره Serret آن را در فرانسه عمومی کرد . بجای خلاصه کردن کارهای قبلی ، لوژاندر قانون تقابل درجه ی دوم law of quadratic reciprocity را گذاشت . این قانون از استقراء induction کشف شد و قبلاً اولر آن را مطرح کرده بود. لوژاندر در تئوری اعداد Théorie des Nombres برای حالت های خاص آن را ثابت کرد . جدا از کارهای اولر و لوژاندر ، گاوس این قانون را در سال 1795 کشف کرد و اولین کسی بود که یک اثبات کلی ارائه داد . کوشی Cauchy ؛ دیریکله Dirichlet ( که مقاله ی Vorlesungen über Zahlentheorie او یک مقاله ی کلاسیک است) ؛ ژاکوبی Jacobi که علامت ژاکوبی Jacobi symbol را معرفی کرد ؛ لیوویلLiouville ؛ زلرZeller ؛ آیزنشتین Eisenstein؛ کومرKummer و کرونکر Kronecker نیز در این زمینه کارهایی کرده اند . این تئوری تقابل درجه دوم و سوم cubic and biquadratic reciprocity را شامل می شود. نمایش اعداد با صورت درجه ی دوم دوتایی binary quadratic forms مدیون گاوس است . کوشی ، پوانسو Poinsot ، لبگ Lebesgue و بخصوص هرمیت Hermite به موضوع چیزهایی افزوده اند . آیزنشتاین Eisenstein در تئوری صورت های سه گانه پیشتاز است ، و تئوری فرمها theory of forms به طور کلی مدیون او و اچ. اسمیتH. J. S. Smith است. اسمیت دسته بندی کاملی از صورتهای سه گانه انجام داد و تحقیقات گاوس در مورد صورت های درجه ی دوم حقیقی به فرمهای مختلط افزود . جستجوهایی در مورد نمایش اعداد به صورت جمع 4، 5 ،6 ، 7 ، 8 ، مربع توسط آیزنشتاین ادامه یافت و اسمیت آن را کامل کرد .

شمردنی ها را بشمار !

  

مشخصات کتاب

نام کتاب : شمردنی ها را بشمار !

تألیف : دکتر مجید میرزاوزیری

ویراستار : دکتر فریدون رهبرنیا

چاپ : چاپخانه شاهین

انتشارات سخن گستر

در مقدمه ی کتاب این مطالب آمده است :

ترکیبیات و مسائل مربوط به شمارش یکی از پرکاربردترین شاخه های ریاضیاتع است که نه تنها در خود رشته ی ریاضی بلکه در رشته های دیگری همچون احتمال، زیست شناسی و علوم کامپیوتر نیز مورد نیاز می باشد.

اصولی که در حل مسائل شمارشی به کار می روند عبارتند از اصل استقرا، اصل جمع، اصل ضرب و اصل شمول و طرد. گرچه این اصول به سادگی بیان می شوند با این حال تنها در صورتی می توانیم در به کار بردن آن ها تبحر پیدا کنیم که نمونه های زیادی از مسائل را به وسیله ی آن ها حل کنیم. بدون شک این مهم در یادگیری هر علمی ضروری است.

آنچه دراین کتاب آمده است را شاید بتوان مبانی شمارش دانست. مثال ها، احکام و مسائلی که در اینجا مطرح می گردند ساده ترین نوع پرسش های شمارشی را دربر می گیرد. فرض را براین گذاشته ایم که خواننده با مفاهیم مقدماتی نظریه ی مجموعه ها و اعداد صحیح آشناست اما از آنجایی که دانشجویان غیر ریاضی را نیز مخاطب این کتاب دانسته ایم، سعی شده است تا احکام به ساده ترین شکل ممکن ارائه و اثبات گردند. به هر حال برای اثبات یک حکم برهان های متفاوتی وجود دارد و نمی توان به درستی نظر داد که راه حلی زیبا و کوتاه آموزنده تر است یا استدلالی طولانی که ترفندهای متفاوتی را در خود جای داده است. گاهی اوقات در یک راه حل طولانی می توان نمونه هایی از حل مسائل متنوعی را یافت که در برهان های کوتاه تر یافت نمی شوند.

از این رو گرچه اصل را بر ارائه ی شیوه های کوتاه و زیبا قرار داده ایم با این حال از ذکر راه های متفاوت حل مسأله اجتناب نکرده ایم. شاید مسائلی که دراین کتاب مطرح می گردند مقدمه ای باشند برای آشنا شدن با پرسش های سخت تری که در ترکیبیات شمارشی مطرح می شوند.

انفجار ریاضیات

	انفجار ریاضیات - جلد کتاب
	انفجار ریاضیات - گفتار رئیس انجمن ریاضی ایران
	کتاب‌ "‌انفجار رياضيات" ترجمه‌ فارسى‌ ‌از کتابى‌ ‌است‌ که‌ ‌انجمن‌‌ها‌ى‌ رياضى‌ فر‌انسه‌ منتشر کرده‌‌اند. ‌همزمانى‌ ‌انتشار ‌اين‌ کتاب‌ ر‌ا با شرو‌ع‌ کار ‌انجمن‌ رياضى‌ ‌اير‌ان‌ در ساختمان‌ جديد و‌اقع‌ در پارک‌ ورشوـخيابان‌ ‌استاد نجات‌‌الهى‌ در تهر‌ان‌ به‌ فال‌ نيک‌ مى‌گيريم‌. ‌انتشار ‌اوليه‌ ‌اين‌ کتاب‌ به‌صورت‌ ‌الکترونيک‌ و به‌طور ر‌ايگان‌ در ‌اختيار ‌همه‌ دوستد‌ار‌ان‌ رياضى‌ ‌از طريق‌ سايت‌ ‌انجمن‌ رياضى‌ ‌اير‌ان‌ (همین صفحه) قر‌ار مى‌گيرد. با پيگير‌ى‌ و سازماند‌هى‌ ‌علمى‌ ‌استاد ‌ارجمند ‌آقا‌ى‌ دکتر ‌ارسلان‌ شادمان‌ و با مسا‌عدت‌ دو دوره‌ شور‌ا‌ى‌ ‌اجر‌ايى‌ ‌انجمن‌، تمام‌ کار‌ها‌ى‌ فنى‌ ‌اين‌ کتاب‌ ‌از تايپ‌ و صفحه‌‌آر‌ايى‌ و ‌ار‌ايه‌ ‌اينترنتى‌ توسط‌ کارمند‌ان‌ محترم‌ دبيرخانه‌ ‌انجمن‌ تحت‌ مديريت‌ ‌آقا‌ى‌ منصور شکو‌هى‌ صورت‌ پذيرفته‌ ‌است‌. نام‌ مترجمان‌ و وير‌استار‌ان‌ ‌هر فصل‌ ‌از ‌اين‌ کتاب‌ در ‌اول‌ فصل‌ مربوطه‌ ‌آمده‌ ‌است‌. جا د‌ارد ‌از طرف‌ ‌ا‌عضا‌ى‌ ‌انجمن‌ رياضى‌ ‌از زحمات‌ يکايک‌ ‌اين‌ ‌عزيز‌ان‌ کمال‌ تشکر ر‌ا بنمايم‌. ‌اميدو‌ارم‌ ‌ار‌ايه‌ ‌اين‌ کتاب‌ در پيشبرد فر‌هنگ‌ جامعه‌ رياضى‌ سهم‌ بسز‌ايى‌ ر‌ا ‌ايفا نمايد. سيد‌عباد‌اله‌ محموديان‌ رئيس‌ ‌انجمن‌ رياضى‌ ‌اير‌ان‌ شهريور ۱۳۸۴
	انفجار ریاضیات - پشت‌ جلد چاپ‌ فر‌انسه
	متن‌ زير ترجمه‌ متن‌ درج‌ شده‌ در پشت‌ جلد چاپ‌ فر‌انسه‌ کتاب‌ ‌است‌. «ولى‌ به‌ چه‌ درد مى‌خورد؟»: ‌اين‌ پرسش‌ ر‌ا ‌غالباً د‌انش‌‌آموز‌ان‌ با معلمين‌ خود در ميان‌ مى‌گذ‌ارند. ‌هنگامى‌ که‌ ‌اين‌ سو‌ال‌ ‌از د‌هان‌ بچه‌‌ها‌ى‌ کم‌ سن‌ و سال‌ درمى‌‌آيد کاملاً معقول‌ و قابل‌ قبول‌ ‌است‌، ولى‌ وقتى‌ ‌از زبان‌ ‌افر‌اد بالغ‌ و متصد‌ى‌ مسئوليت‌‌ها‌ى‌ ‌اجتما‌ع‌ شنيده‌ مى‌شود، نه‌ تنها تعجب‌‌انگيز بلکه‌ تاسف‌آور ‌است‌. درطول‌ زمان‌، ‌همو‌اره‌ رياضيات‌ با ساير فعاليت‌‌ها‌ى‌ ‌انسانى‌، ‌از جمله‌ فعاليت‌‌ها‌ى‌ ‌اد‌ار‌ى‌، فنى‌، ‌علمى‌ و فر‌هنگى‌ ‌ارتباط‌ د‌اشته‌ ‌است‌. ‌اما ‌از حدود ۳۰ سال‌ پيش‌، شا‌هد يک‌ ‌انفجار و‌اقعى‌ در زمينه‌ تعد‌اد حوزه‌‌هايى‌ ‌هستيم‌ که‌ پيشرفته‌ترين‌ پژو‌هشها‌ى‌ رياضى‌ ‌از ملزومات‌ ‌آنها ‌هستند. ‌از کدنگار‌ى‌ گرفته‌ تا پرد‌ازش‌ تصوير، ‌از فروشها‌ى‌ مز‌ايده‌‌ا‌ى‌ گرفته‌ تا صنايع‌ ‌هو‌انورد‌ى‌، ‌از ديسکها‌ى‌ نور‌ى‌ گرفته‌ تا تلفن‌ ‌همر‌اه‌، ‌از فيزيک‌ و ‌از بينهايت‌ کوچک‌ گرفته‌ تا ژنتيک‌ مولکولى‌، ‌از دنيا‌ى‌ ‌اقتصاد و ‌امور مالى‌ گرفته‌ تا فناور‌ى‌ ‌عالى‌، ‌از دنيا‌ى‌ ‌آکادميک‌ تا جهان‌ صنعت‌، کاربرد‌ها‌ى‌ رياضيات‌، ‌از شمار بيرون‌ ‌است‌ و طيفى‌ بيش‌ ‌از پيش‌ وسيع‌ ر‌ا در برمى‌گيرد. در جهت‌ ‌عکس‌، مسائل‌ مطرح‌ شده‌ در دنيا‌ى‌ تکنولوژ‌ى‌، دنيا‌ى‌ ‌امور مالى‌ و دنيا‌ى‌ ژنتيک‌، که‌ فقط‌ به‌ ذکر ‌آنها بر‌ا‌ى‌ ‌اختصار بسنده‌ مى‌کنيم‌، به‌ شکل‌ دو جانبه‌ موجب‌ مى‌شوند که‌ نظريه‌‌ها‌ى‌ جديد‌ى‌ در رياضيات‌ ‌ابد‌ا‌ع‌ شوند و گسترش‌ يابند. مقالات‌ مختلف‌ ‌اين‌ کتاب‌ مى‌خو‌ا‌هند به‌ وضوح‌ نشان‌ د‌هند که‌ حضور رياضيات‌ در ‌همه‌ ‌عرصه‌‌ها در دنيا‌ى‌ ‌امروز رو به‌ ‌افز‌ايش‌ ‌است‌، و در ‌عين‌ حال‌ نبايد فر‌اموش‌ کرد که‌ رياضيات‌ به‌‌عنو‌ان‌ نظامى‌ که‌ سرچشمه‌ دقت‌ و شادمانى‌ ‌است‌ ‌از ملاحظات‌ فلسفى‌ و ‌از ‌آثار و بد‌ايع‌ ‌هنر‌ى‌ نيز ‌الهام‌ مى‌گيرد.
	انفجار ریاضیات - فهرست الکترونیکی (دریافت مقالات به‌صورت تکی)
	جلد کتاب (Cover) خلاصه مطالب مقدمه دیباچه میری مارتن-دشان، پاتریک لوتالک، پیش‌گفتار کلود بادوان، هوا چگونه خواهد بود دانیل کروب، پشت پرده تلفن همراه ژان-لویی نیکولا، رمزگذاری و رمزگشایی: ارتباط با ایمنی کامل پیر پریه، کنترل دنیایی پیچیده اتین گی، قضیه دم برنار پرن، پیداکردن ژنی که مسئول سرطان است استفان مالا، موجک‌ها برای فشرده‌سازی تصاویر دانیل بوش، جلوگیری از سروصدای امواج فرانسیس دلمر، وقتی هنر با ریاضیات در هم آمیزند نگوین کام شی و هوانگ نگونگ مین، از DNA تا نظریه گره‌ها پیر کاسو-نوگس، فیلسوف و ریاضیدان ژان-ژاک لافورن، چگونه می‌توان فروش به‌صورت مزایده را عقلایی کرد؟ فیلیپ فوریه و میکائل ویسر، استفاده از اقتصاد ریاضی برای فروش شراب در فرانسه یا اوراق خزانه ژان کریستف کولیولی، اشتغالات فکری شرکت‌های هوایی موریس ماشال، هندسه ۱۱-بعدی برای درک آغاز فرانسوا باچلی، اینترنت: مدل‌بندی ترافیک بهتر اداره‌کردن آن‌ها الیس ژوینی، ارزش اپسیون‌های مالی ژیل لاشو، ارتباط بدون خطا، رمزهای تصحیح‌کننده ژان-دانیل بواسونا، بازسازی رویه‌ها برای نگارگری ژان-پیر بورگینیون، ریاضیدانان در فرانسه و جهان موریس ماشال، چگونه می‌توان ریاضیدان شد؟ داخل جلد چاپ فرانسه پشت جلد چاپ فرانسه Preface Introduction
	انفجار ریاضیات - دریافت نسخه الکترونیکی کتاب
	انفجار ریاضیات

چرا باید ریاضیات خواند؟

رفاه مادی و آسایشی که بشر امروز از آن برخوردار است در پرتو دانش و فن آوری مدرن و مهندسی و سایر علوم بویژه فیزیک، شیمی، بیولوژی و رشته های مربوط به آنها بدست آمده است. در مطالعه این رشته ها و تقریبا" هر رشته دیگر دانشگاهی، دانشجو بدانستن سطح معینی از ریاضیات نیازمند است. بیشترین معلومات ریاضی برای مطالعه در رشته های مهندسی، فیزیک و شیمی مورد نیاز است. سایر رشته ها مانند پزشکی، روانشناسی، جامعه شناسی، بیولوژی، کشاورزی، بازرگانی، تجارت، بانکداری و ده ها رشته دیگر اگر چه ظاهرا" ارتباط زیادی با ریاضیات ندارند – و در حقیقت تا صد سال قبل هم این رشته ها تکیه زیادی بر ریاضیات نداشتند – اما در شکلهای مدرن و امروزی خود، این رشته ها دارای تئوری هایی هستند که درک آنها و کار بردشان شدیدا" بستگی به آمار و تکنیک های ریاضی دارد. تهیه آمار از طریق جمع آوری اطلاعات و تجزیه و تحلیل آنها که تنها به روشهای ریاضی و یا با استفاده از کامپیوتر امکان پذیر است، امروزه یکی از راه های مهم حل مسائل علوم تجربی و مسائل موجود در جوامع بشری است. حتی رشته های مختلف علوم کامپیوتری هم بدون ریاضیات بخوبی به پیش نمیروند.

 

ریاضیات تنها زبانی است که پدیده های طبیعی جهان هستی را بخوبی توضیح میدهد. ریاضیات حتی پدیده های اجتماعی _خواه اجتماعات بشری، خواه اجتماعات حیوانی_ را نیز میتواند بخوبی تشریح کند و با ترسیم مدلی برای آنها تغییرات آتی آنها را پیش بینی نماید. لوباچفسکی (1) میگوید : "هیچ شاخه ای از علم ریاضی _هر اندازه هم که انتزاعی و مجرد باشد_ وجود ندارد که یک روز کاربردی برای آن در توضیح پدیده های دنیای واقعی پیدا نشود." از کهکشان ها و حرکت سیارات عظیم به دور خورشید ها گرفته تا حرکت ابر ها، بادها، گردبادهاو از پرواز فضا پیما های غول پیکر و هوا پیماهای عظیم الجثه و حرکت قطارها، کشتی ها و اتومبیل ها گرفته تا افتادن سیبی از درخت و سقوط قطرات باران و حدوث رنگین کمان و حرکت بی امان و خستگی ناپذیر الکترون ها به دور هسته اتم ها و فعل و انفعالات شیمیایی که میلیون ها از آن هر لحظه در طبیعت رخ میدهد و هر گونه  "تغییر" در هر چیز و هر زمان، همه و همه با کمک مدلها و معادلات ریاضی قابل بر رسی هستند. قسمت عمده فیزیک با زبان ریاضی قابل تشریح و فهم است. تئوری کوانتوم و تئوری نسبیت با زبان ریاضی است که کوشش دارند قوانین کائنات را تشریح کرده و توضیح دهند.

 

گالیله میگوید : " جهان هستی همواره در برابر دیدگان حیرت زده انسان گسترده خواهد ماند و انسان هرگز نمیتواند آنرا درک کند مگر اینکه زبانی را که این جهان با آن نوشته و توضیح داده شده است یاد بگیرد و حروف آنرا بشناسد. این زبان چیزی جز ریاضیات نیست و این حروف جز مثلث، دایره و سایر اشکال هندسی چیز دیگری نیستند. بدون این زبان انسان حتی یک کلمه از جهان هستی را نخواهد فهمید و همواره گمشده ای را ماند که در کوچه های پر پیچ و خم سرگردان است."

 

ریاضیات روش " منطقی فکر کردن" و  "واقع بین بودن" را میاموزد. ریاضیات خالی از حدس و گمان و بدور از آن است. اثبات هر قضیه یا شکل دادن هر تئوری و استخراج هر فرمول بر اساس منطق و استدلال ریاضی است و وقتیکه یکی از این قضایا یا فرمول ها ثابت شد دیگر مرور زمان روی آن اثری نخواهد گذاشت. قضیه فیساغورس در هندسه اقلیدسی بیش از 2500 سال عمر دارد و با بیش از 250 روش مختلف ثابت شده است. همه این روشها یک حقیقت واحد را ثابت کرده اند، حقیقتی که تا به امروز تغییر نکرده و در آینده نیز تغییر نخواهد کرد. سایر قضایای ثابت شده ریاضی نیز همین طورند و دیگر تغییر نمیکنند و گذشت زمان روی آنها اثری ندارد، در حالیکه برخی از نظریه هایی که در سایر رشته های علوم_ بویژه علوم تجربی _مطرح میشوند بمرور زمان کهنه شده و عوض میشوند. دیگران میایند و با تجربه ها و مشاهدات جدید خود نظریه ها را عوض میکنند یا آنها را بهبود می بخشند و به روز میکنند.

 

بسیاری از مردم فکر میکنند که فارغ التحصیل رشته ریاضی فقط کار آیی و کفایت در تدریس ریاضیات را دارد و بس در حالیکه امروزه در غرب، بسیاری از کار فرما ها منجمله دولت ها برای استخدام در بخش های مختلف سازمان ها و نهاد های خود علاقمندند متخصصینی را که استخدام میکنند، دارای پشتوانه خوبی از ریاضیات نیز باشند و بویژه قادر به تجزیه و تحلیل مسائل موجود در آن کار و مطابقت دادن آنها با مدلهای ریاضی و بالاخره حل مسئله باشند.

 

اینها برخی از دلائلی بودند که آموختن ریاضیات را در عصر امروز ضروری میکنند. اما آموختن ریاضیات یک دلیل دیگر هم دارد و آن اینستکه برای بسیاری از انسانها ریاضیات از جذابیت خاصی برخوردار است و آن پی بردن به شگفتی ها و اسرار و زیبایی هایی است که این دانش در ذات خود نهفته دارد.  

 

(1)  :  (Nikolai Lobachevsky(1792 – 1856