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導(dǎo)讀:社會不斷發(fā)展,科技日新月異,我們在享受各種進(jìn)步帶來的好處同時(shí),卻經(jīng)常“選擇性失憶”的忘了這些便捷背后的默默耕耘的數(shù)學(xué)知識支撐。

如炎熱夏天,大家最需要的就是空調(diào),很多網(wǎng)友調(diào)侃我的命是空調(diào)給的??照{(diào)最厲害的地方就是能調(diào)節(jié)溫度,而這個(gè)溫度控制系統(tǒng)需要建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型。

 
那么空調(diào)的溫度控制系統(tǒng)是怎么去建立數(shù)學(xué)模型的呢?為了研究上的方便,把恒溫室看成一個(gè)單容對象,。

根據(jù)能量守恒定律,單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入恒溫室的能量減去單位時(shí)間內(nèi)由恒溫室流出的能量等于恒溫室中能量蓄存的變化率。即:

恒溫室內(nèi)蓄熱量的變化率=(每小時(shí)進(jìn)入室內(nèi)的空氣的熱量+每小時(shí)室內(nèi)設(shè)備、照明和人體的散熱量)-(每小時(shí)從室內(nèi)排出的空氣的熱量+每小時(shí)室內(nèi)向室外的傳熱量)

如果我們把這個(gè)等式轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)表達(dá)式,就是一個(gè)微分方程,如下:
或許很多人看到這里有點(diǎn)懵了,一個(gè)大大數(shù)學(xué)公式讓大家回憶起學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)“苦逼”的日子。其實(shí)你看不懂這個(gè)公式?jīng)]關(guān)系,也沒必要繼續(xù)深究,因?yàn)檫@是空調(diào)工程師的事情,但我要讓大家看到的是數(shù)學(xué)的重要性。

從小學(xué)到初中、高中,數(shù)學(xué)是必學(xué)科目,甚至在大學(xué)里很多專業(yè)都要求必須學(xué)好數(shù)學(xué)。為了學(xué)好數(shù)學(xué),我們很多人不斷刷題做題,為的只不過是一個(gè)“好看”分?jǐn)?shù),以便幫助我們考上一個(gè)理想的學(xué)校,找到理想的工作等等。

因此,當(dāng)我們很多人畢業(yè)離開學(xué)校,走出校園,走上社會,參加工作,可以說是徹底跟數(shù)學(xué)說拜拜。特別是走上社會,一個(gè)人若從事的工作跟數(shù)學(xué)聯(lián)系不大,那么隨著時(shí)間慢慢推移,他/她所學(xué)的數(shù)學(xué)知識、公式、定理等等,都會逐漸淡忘,加上我們大部分人在工作和實(shí)際生活中用不到太高深的數(shù)學(xué)知識,有些人就會經(jīng)常反問:學(xué)數(shù)學(xué)到底有什么用?既然現(xiàn)在用不到,當(dāng)初為什么還要學(xué)?

有這樣的疑問算正常,也算不正常。正常是因?yàn)楹芏嗳酥粫吹綄ψ陨碛凶饔玫募鹊美?,不會去真正看到事件本身背后的意義。如一開始空調(diào)的例子,我們享受著空調(diào)帶來的好處,確實(shí)忽視數(shù)學(xué)知識在其中起到關(guān)鍵性作用。同時(shí),有這樣的疑問也算不正常,那是因?yàn)槟闶苓^九年義務(wù)制教育,高中、大學(xué)學(xué)習(xí)等等,卻去懷疑數(shù)學(xué)這樣一門重要學(xué)科有沒有用?這就像建造航空母艦,看似對一個(gè)普通人“毫無用處”,但那是保家衛(wèi)國的利器。數(shù)學(xué)也是同樣一個(gè)道理,看似對很多人“無用”,但它卻實(shí)實(shí)在在影響我們的生活,它的思想與內(nèi)涵影響著我們的行為。

如果你對第二次世界大戰(zhàn)中有足夠了解的話,那么你會對數(shù)學(xué)家作出的貢獻(xiàn)更加肅然起敬。

二戰(zhàn)時(shí)期,為了打贏納粹德國,迫使美國等許多國家將數(shù)學(xué)與科學(xué)技術(shù)、軍事目標(biāo)空前緊密地結(jié)合起來,開辟了數(shù)學(xué)發(fā)展的新時(shí)代。如在1942年,美國政府成立了應(yīng)用數(shù)學(xué)組(AMP),它的任務(wù)就是幫助解決戰(zhàn)爭中日益增多的數(shù)學(xué)問題。應(yīng)用數(shù)學(xué)組的成立,可以說為二戰(zhàn)的勝利提供巨大的幫助,特別是空戰(zhàn)方面的成果,到戰(zhàn)爭結(jié)束時(shí)共完成了200項(xiàng)重大研究。



應(yīng)用數(shù)學(xué)組為二戰(zhàn)做出貢獻(xiàn),最出名還有以下幾個(gè)方面的研究:

二戰(zhàn)時(shí)期德軍用了特殊的通訊手段,電報(bào)機(jī)稱之為“Enigma”(謎),但盟軍總是無法截獲或破譯,戰(zhàn)爭一度處于被動。數(shù)學(xué)家圖靈把拍電報(bào)的過程看成在一張紙帶上的穿孔,運(yùn)用可計(jì)算理論,設(shè)計(jì)了一架破譯機(jī)“Ultra”(超越)專門對付“Enigma”(謎),破譯了大批德軍密碼,為二戰(zhàn)勝利作出重要的貢獻(xiàn)。

哥倫比亞大學(xué)重點(diǎn)研究空對空射擊學(xué)。如,空中發(fā)射炮彈彈道學(xué);偏射理論;追蹤曲線理論;追蹤過程中自己速度的觀測和刻劃;中心火力系統(tǒng)的基本理論;空中發(fā)射裝備測試程序的分析;雷達(dá)。

在紐約州立大學(xué),柯朗和弗里德里希領(lǐng)導(dǎo)的小組研究空氣動力學(xué)、水下爆破和噴氣火箭理論。超音速飛機(jī)帶來的激波和聲爆問題,利用“柯朗——弗里德里希——勒維的有限差分發(fā)”求出了這些課題的雙曲型偏微分方程的解。

普林斯頓大學(xué)和新墨西哥大學(xué)為空軍確定“應(yīng)用B——29飛機(jī)的最佳戰(zhàn)術(shù)”。

布朗大學(xué)以普拉格為首的應(yīng)用數(shù)學(xué)小組集中研究經(jīng)典動力學(xué)和畸變介質(zhì)力學(xué),以提高軍備的使用壽命。

馮·諾伊曼和烏拉姆研究原子彈和計(jì)算機(jī)。

維納和柯爾莫戈洛夫研究火炮自動瞄準(zhǔn)儀。

哈佛大學(xué)的G·伯克霍夫?yàn)楹\娧芯克聫椀绬栴}。

以丹澤西為首的運(yùn)籌學(xué)家發(fā)明了解線性規(guī)劃的單純形算法,使美軍在戰(zhàn)略部署中直接受益。

像這些經(jīng)典例子非常多,我們在這里就不再展開。

因此,二戰(zhàn)結(jié)束后,美國等許多國家政府認(rèn)為“一個(gè)一流數(shù)學(xué)家勝過10個(gè)師”。

數(shù)學(xué)是什么?

數(shù)學(xué)是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化以及空間模型等概念的一門學(xué)科。透過抽象化和邏輯推理的使用,由計(jì)數(shù)、計(jì)算、量度和對物體形狀及運(yùn)動的觀察中產(chǎn)生。

盡管我們從小學(xué)到高中、大學(xué)進(jìn)行長時(shí)間的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),但由于數(shù)學(xué)本身特點(diǎn),我們要掌握好數(shù)學(xué)知識,就需要進(jìn)行大量解題訓(xùn)練。加上教育本身的局限性,課堂上對數(shù)學(xué)知識不能拓展太多,造成很多人誤以為學(xué)數(shù)學(xué)就是為了做題、考試,忽視數(shù)學(xué)本身的意義,如沒有充分了解到數(shù)學(xué)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的作用。

數(shù)學(xué)的核心是理性精神,數(shù)學(xué)的精髓是數(shù)學(xué)思想。我們看似在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識,看似在做題,實(shí)則通過知識學(xué)習(xí),扎入數(shù)學(xué)的海洋,訓(xùn)練你的邏輯思維,受數(shù)學(xué)思想所熏陶,感受數(shù)學(xué)的偉大。

數(shù)學(xué)思想、數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)教育思想等等,這些結(jié)合數(shù)學(xué)特有的思維、語言特點(diǎn)等形成數(shù)學(xué)特有的氣質(zhì)。

我們舉一個(gè)例子,

很多人在工作中,經(jīng)常會碰到保險(xiǎn)或銀行工作人員向你推薦理財(cái)產(chǎn)品,很多時(shí)候這些工作人總會跟你說利率、復(fù)利等等這些專業(yè)名詞,如復(fù)利+時(shí)間=提款機(jī)。這句話看上去非常吸引人,天上掉餡餅,如果對數(shù)字不敏感的人,很可能就掉入“圈套”,去購買相關(guān)產(chǎn)品。如果你想弄清楚什么是復(fù)利?只要多學(xué)習(xí)微積分相關(guān)知識就能找到答案。

每個(gè)人工作性質(zhì)可能都不一樣,所處的工作崗位也不盡相同,所面對的人和事也都會有區(qū)別。因此,每個(gè)人面對自己工作與生活,所用到的知識自然就不大一樣,我們不能因?yàn)楣ぷ餍再|(zhì)的原因,去否決一門偉大的學(xué)科,即“用不到≠無用”。

其實(shí)數(shù)學(xué)我們無時(shí)無刻都在用到,只是沒有去認(rèn)真感受而已。

或許,有一天,當(dāng)我們放下書本,走出校園,走上工作,那些年學(xué)過的數(shù)學(xué)知識、公式定理、解題方法等等慢慢會淡忘,但在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中,深深銘刻在你頭腦中的思想方法、理性精神、思維方式、看問題的眼光等等,卻無時(shí)無刻的影響著你的工作與生活。

數(shù)學(xué)不僅是一種工具,也是一種思維模式,即“數(shù)學(xué)方式的理性思維”;

數(shù)學(xué)不僅是一門科學(xué),也是一種文化,即“數(shù)學(xué)文化”;

數(shù)學(xué)不僅是一些知識,也是一種素養(yǎng),即“數(shù)學(xué)素養(yǎng)”