Vechi și nou în matematică

INDRODUCERE

Matematica este în general definită ca ştiinţa ce studiază modelele de structură, schimbare şi spaţiu. În sens modern, matematica este investigarea structurilor abstracte definite în mod axiomatic folosind logica formală.

Structurile anume investigate de matematică îşi au deseori rădăcinile în ştiinţele naturale, cel mai ades în fizică. Matematica defineşte şi investighează şi structuri şi teorii proprii, în special pentru a sintetiza şi unifica multiple câmpuri matematice sub o teorie unică, o metodă ce facilitează în general metode generice de calcul. Ocazional, matematicienii studiază unele domenii ale matematicii strict pentru interesul abstract exercitat de acestea, ceea ce le transformă într-o abordare mai degrabă legată de artă decât de ştiinţă.

Din punct de vedere istoric, ramurile majore ale matematicii au derivat din necesitatea de a face calcule comerciale, de a măsura terenuri şi de a predetermina evenimente astronomice cu scopuri agriculturale. Aceste domenii specifice pot fi folosite pentru a delimita în mod generic tendinţele matematicii până în ziua de astăzi, în sensul delimitării a trei tendinţe specifice: studiul structurii, spaţiului şi al schimbărilor.

Studiul structurii se bazează în mod generic pe teoria numerelor: iniţial studiul numerelor naturale, numere pare, numere impare apoi numere întregi, continuând cu numere raţionale şi în sfârşit numere reale, întotdeauna corelate cu operaţiile aritmetice între acestea, toate acestea făcând parte din algebra elementară. Investigarea în profunzime a acestor teorii şi abstractizarea lor a dus în final la algebra abstractă care studiază printre altele inele şi corpuri, structuri care generalizează proprietăţile numerelor în sensul obişnuit. Conceptul indispensabil în fizică de vector, generalizat în sensul de spaţiu vectorial şi studiat în algebra lineară este comun studiului structurii şi studiului spaţiului.

Studiul spaţiului porneşte în mod natural de la geometrie, începând de la geometria euclidiană şi trigonometria familiară în trei dimensiuni şi generalizată apoi la geometrie neeuclidiană, care joacă un rol esenţial în teoria relativităţii. O mulţime de teorii legate de posibilitatea unor construcţii folosind rigla şi compasul au fost încheiate de teoria Galois. Ramurile moderne ale geometriei diferenţiale şi geometriei algebrice abstractizează studiul geometriei în direcţii distincte: geometria diferenţială accentuează uzul sistemului de coordonate şi al direcţiei, pe când geometria algebrică defineşte obiectele mai degrabă ca soluţii la diverse ecuaţii polinomiale. Teoria grupurilor investighează conceptul de simetrie în mod abstract, făcând legătura între studiul structurii şi al spaţiului. Topologia face legătura între studiul spaţiului şi studiul schimbărilor, punând accent pe conceptul continuităţii.

Studiul schimbării este o necesitate mai ales în cazul ştiinţelor naturale, unde măsurarea şi predicţia modificărilor unor variabile este esenţială. Calculul diferenţial a fost creat pentru acest scop, pornind de la definiţia relativ naturală a funcţiilor dintre diverse dimensiuni şi rata lor de schimbare în timp, metodele de rezolvare ale acestora fiind ecuaţiile diferenţiale. Din considerente practice, este convenabil să se folosească numerele complexe în această ramură.

O ramură importantă a matematicii aplicate este statistica, aceasta utilizând teoria probabilităţii care facilitează definirea, analiza şi predicţia a diverse fenomene, şi care este folosită într-o multitudine de domenii.

MATEMATICA MODERNA Algebra liniară este ramura matematicii care studiază vectorii, spaţiile vectoriale (numite şi spaţii liniare), transformările liniare şi sistemele de ecuaţii liniare. Spaţiile vectoriale sunt o temă centrală în matematica modernă; astfel, algebra liniară este utilizată pe scară largă atât în algebra abstractă cât şi în analiza funcţională. Algebra liniară are de asemenea o reprezentare concretă în geometria analitică. Are aplicaţii numeroase în ştiinţele naturale şi ştiinţele sociale, întrucât sistemele şi fenomenele neliniare pot fi adesea aproximate printr-un model lini.

Astoria algebrei liniare moderne începe în anii 1843 şi 1844. În 1843, William Rowan Hamilton (care a introdus termenul de vector) a descoperit cuaternionii. În 1844, Hermann Grassmann şi-a publicat cartea Die lineare Ausdehnungslehre. Ceva mai tîrziu, în 1857, Arthur Cayley a introdus noţiunea de matrice, de o importanţă fundamentală in algebra liniară.Algebra liniară îşi are începuturile în studiul vectorilor în spaţiul bidimensional şi tridimensional cartezian. În acestea un vector este un segment de dreaptă direcţionat, caracterizat atât prin lungime, sau mărime, şi direcţie. Vectorii pot fi folosiţi pentru reprezentarea anumitor mărimi fizice, cum ar fi forţele, şi pot fi adunaţi şi înmulţiţi cu scalari, ceea ce este un prim exemplu de spaţiu vectorial real.Algebra liniară modernă s-a extins, luând în considerare spaţii de dimensiune arbitrară sau infinită. Cele mai multe rezultate utile din spaţiile bi- şi tri-dimensionale pot fi generalizate şi pentru aceste spaţii n-dimensionale. Deşi mulţi nu pot vizualiza uşor vectori în n dimensiuni, aceşti vectori, sau n-tuple sunt utili în reprezentarea datelor. Întrucât n-tuplele sunt liste ordonate de n componente, datele pot fi rezumate şi manipulate mai eficient cu această tehnică.

De exemplu, în economie, putem crea şi folosi vectori 8-dimensionali, sau 8-tuple, reprezentând produsul intern brut a 8 ţări. Putem decide să notăm PIB-ul a 8 ţări într-un anumit an -- fiind specificată dinainte ordinea ţărilor, de exemplu, Statele Unite, Marea Britanie, Franţa, Germania, Spania, India, Japonia, Australia -- printr-un vector (v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8), cu PIB-ul fiecărei ţări pe poziţia respectivă.Un spaţiu vectorial (sau spaţiu liniar), este definit peste un corp, cum ar fi corpul numerelor reale sau corpul numerelor complexe.