59 votos

¿Cuál es la importancia de Cálculo en el día de hoy de la Matemática?

Para la ingeniería (e. g. ingeniería eléctrica) y de la física, el Cálculo es importante. Pero para un futuro matemático, es el enfoque clásico para el Cálculo sigue siendo importante? Lo que normalmente se enseña, como mínimo, en la mayoría de Universidades de todo el mundo?

Agregado el [cálculo] y el [multivariable-cálculo] etiquetas.

Edit: con la Esperanza de que sea útil, transcribo tres comentarios de mina (para esta pregunta):

  1. Tenía a [tener] en mente, por ejemplo Tom Apostol libros, aunque el aprendizaje de la diferenciación antes de la integración. (en respuesta a Qiaochu del Yuan "¿Cuál es el enfoque clásico para el cálculo?")
  2. Elementales de Cálculo, funciones continuas, funciones de varias variables, diferenciación parcial implícita-funciones, vectores y campos vectoriales, múltiples, integrales, series infinitas, convergencia uniforme, el poder de la serie, series de Fourier y las integrales, etc. (en respuesta al comentario de Geoff Robinson).
  3. Tenía a [tener] en la mente de cálculo para estudiantes de matemáticas, aunque yo soy un ingeniero jubilado. (en respuesta al comentario de Andy "estás hablando de lo que generalmente se enseña a los ingenieros y los físicos, o también sobre un cálculo de plan de estudios de matemáticas de grandes ligas? ")

Me decidí a hacer esta pregunta un CW (véase esta meta cuestión).

49voto

Bryan Roth Puntos 3592

En un comentario a su pregunta, Américo ha aclarado que por el clásico "cálculo" que significa algo relativamente riguroso y teóricos, como por ejemplo en Apostol del libro (o Spivak). Creo que la respuesta a la pregunta era, probablemente, sí no importa qué, pero cuando restringida de esta manera se convierte en un gran auge .

Los métodos de cálculo riguroso -- quiero decir elemental análisis real? parece más específica -- son una parte indispensable de los conocimientos culturales de todos los matemáticos, pura y aplicada. No todos los matemáticos será directamente el uso de este material en su trabajo: yo soy un matemático con relativamente amplio de intereses casi a un fallo, pero nunca he escrito "por el Teorema Fundamental del Cálculo" o "por el Valor medio Teorema" en ninguno de mis trabajos de investigación. Pero, sin embargo, la familiaridad e incluso la comprensión profunda de estas ideas básicas y los temas impregna toda la matemática moderna. Por ejemplo, como una media aritmética aparejador las funciones que se diferencian generalmente son polinomios o funciones racionales, pero la idea de la diferenciación es aún existe, en realidad, abstraído en la noción de derivaciones y de los módulos de los diferenciales. Uno de los conceptos más importantes en el algebraicas / aritmética geometría es la suavidad, y aunque, en principio, podría tratar de tragar esta como una pieza de pura álgebra, digo buena suerte con eso, si usted nunca ha tomado cálculo multivariable y entendido la inversa y de la función implícita teoremas.

Evitar el "clásico" de las matemáticas en favor de los más modernos, abstractos o temas especializados es una de las mayores trampas de un joven y brillante estudiante de matemáticas puede caer. (Si usted pasa algún tiempo en un lugar como la universidad de Harvard, como lo hice yo como estudiante de posgrado, ver a los estudiantes de pregrado de la caída de este con angustiante regularidad, casi como si el suelo fuera de su oficina estaba alfombrado con cáscaras de plátano.) La gente que creó la fantasía de la maquinaria moderna, lo hizo en virtud de su conocimiento de los clásicos cosas, y respondiendo a ella, en formas que son profundas, incluso si ellos son, lamentablemente, no se hizo explícita. Aunque estoy muy lejos de saber realmente de lo que estoy hablando aquí, mi sensación es que la analogía con las bellas artes es en lugar de apt: arte moderno abstracto es muy mucho una respuesta a la clásica, figurativo, realista (estuve tentado a decir "mimética", así que lo mejor era terminar esta digresión pronto!) arte: si usted decide renunciar de aprendizaje acerca de perspectiva en favor de la organización de cuadrados negros sobre un lienzo blanco, que está gravemente falta el punto.

El material de enseñanza primaria de análisis real e, incluso, estudiante de primer año de cálculo -- es muy rica. Me han enseñado más o menos el mismo estudiante de primer curso de cálculo de los cursos de alrededor de una docena de veces, y cada vez encuentro algo nuevo en que pensar, a veces en resonancia con mis otros pensamientos matemáticos del momento, pero a veces me encuentro con que tengo la oportunidad de detenerse y pensar acerca de algo que nunca se me ha ocurrido antes. Una vez que por ejemplo yo estaba hablando acerca de la computación de volúmenes de sólidos de revolución, y se me ocurrió que nunca había pensado en probar en general que el método de conchas va a dar la misma respuesta, como el método de las arandelas. Fue muy divertido hacerlo, y he dicho a un par de mis colegas y tuvo una reacción similar: "No, nunca he pensado en eso antes, pero suena divertido". Hay miles de pequeños proyectos y descubrimientos como este en el primer cálculo.

Confieso que a pesar de que sería interesante escuchar los matemáticos hablar acerca de las partes de cálculo que nunca me gustó y nunca he tenido ningún uso. En cuanto a mí, yo realmente temen a la parte del curso en donde hacemos relacionados con las tasas de problemas y min / max problemas. El ex parece un ejercicio cuyo único punto de explotar, a veces hasta el punto de crueldad -- los temblores de la comprensión de los estudiantes implícita diferenciación, y la última era una especie de diversión para mí durante los primeros diez problemas, pero veinte años y miles de min / max problemas más adelante casi no podía imaginar algo más tedioso. (Por otra parte yo soy no es bueno en estos problemas. Tuve un par de vergonzoso fallos como estudiante de posgrado, y desde entonces miro para asegurarme de que puedo hacer los problemas antes de que se me asigne, algo que he dejado de necesitar para hacer en la mayoría de los otros cursos de pregrado.)

Añadido: permítanme ser claro que no estoy respondiendo a la segunda parte de la pregunta, es decir, lo que es un mínimo que es o debe ser enseñado. Esto va de la mano con la riqueza de estos temas que si se trató de hacer una lista de todo lo que sería de utilidad para que los estudiantes sepan, tu (seguramente gravemente incompleta!) la lista podría contener mucho más material que el que podrían ser razonablemente cubiertos en la asignación de los cursos. Este es un tema donde los libros que pretenden ser "integral" ven como una tarea de enormes proporciones. Por ejemplo tengo el primero de Courant y John dos volúmenes en cálculo avanzado: es de más de seiscientas páginas! ¿Hay algo en que yo estoy dispuesta a punto de "prescindible"? No mucho. (Por no hablar de que el segundo volumen de su obra viene en dos partes, la segunda parte de lo que es en sí mismo 954 páginas de largo!) El reto de la enseñanza de estos cursos radica en el hecho de que el potencial de paisaje es casi infinita y prácticamente ninguno de los que manifiestamente carente de importancia, así que tienes que tomar decisiones difíciles sobre qué no hacer.

21voto

Judah Himango Puntos 27365

[Me he decidido a opinar a pesar de que yo no soy ni experiencia particular en las matemáticas o de la pedagogía. Pero, ahora se siente como un buen momento para posponer las cosas del trabajo...]

Es posible aprender razonable trozos del siglo 20 en matemáticas sin saber lo que es un derivado. Por ejemplo, vamos a tomar abstracto de la geometría algebraica: la mayoría de Grothendieck de la teoría (como ha sido desarrollado por EGA/Hartshorne) requiere de varios requisitos previos (teoría de la gavilla, álgebra homológica, topología general, conmutativa de los anillos), pero en particular, no de cálculo. Una avanzados de pregrado (que ha estudiado todo esto y mucho más) me dijo una vez que él no sabía que la definición de la función exponencial. Se podría objetar que la topología general creció a partir de las preguntas fundamentales en el análisis, que a su vez surgió de cálculo; sin embargo, se puede definir el requisito de nociones (espacios topológicos, la continuidad, la unidad) a partir de primeros principios. De hecho, hay que esencialmente no hay requisitos previos para el inicio de topología general, interpretado adecuadamente. Del mismo modo, álgebra abstracta puede ser estudiado desde ingenua teoría de conjuntos, a partir de la definición de un grupo.

Ahora, muchos de los resultados importantes en la geometría algebraica hacer depender de métodos analíticos; para elegir un ejemplo, el de Kodaira de fuga teorema puede ser formulada como una puramente algebraica de declaración sobre la suave variedades proyectivas sobre un campo de característica cero. Pero, la prueba usual de los usos complejos métodos analíticos (Hodge teoría), y el cálculo es sin duda un requisito lógico para ellos. No obstante, vamos a decir que quería shun cada parte de la geometría algebraica que dependía de análisis; todavía hay un montón de cosas interesantes para pensar.

(Tal vez de Kodaira de fuga no es el mejor ejemplo: Deligne y Illusie al parecer se encuentra puramente algebraica de la prueba, pero sólo varias décadas más tarde.)

Así que tiene sentido todavía, a saber cálculo? Creo que la respuesta es claramente , incluso si usted se cae en la línea dura de la categoría anterior. Más en general, ayuda a tener un conocimiento del contexto histórico de las ideas. Matemáticas tiende a ser fuertemente de polinización cruzada: las ideas de un campo de fecundar a otra. Muchas de las mejores ideas en un campo están inspirados en los de otros campos, incluso si en el producto final (la versión pulida, que aparece en documentos o libros de texto). Hace poco estuve leyendo un artículo sobre la teoría de los números que afirmó estar inspirado por un argumento de Witten para la muy no-número de la teoría de Morse de las desigualdades.

He aquí un ejemplo: hay una noción (como Pete Clark menciona) de una derivación de un álgebra: es un mapa en el que se comporta como ordinario de la diferenciación que hace, es decir, satisface la regla de Leibniz. Es muy posible definir una derivación de manera abstracta y memorizar la definición como tal, sin entender de dónde vino, por supuesto, cálculo -- y trabajar con ella. De hecho, es posible tratar cualquier idea matemática de esta manera-como un asunto puramente autónomo, aislado concepto. Pero la mayoría de nosotros (incluyéndome a mí) sería instintivamente retroceso en este.

En general, cuando se enfrenta con un conjunto de axiomas, uno se pregunta por qué están allí. Nadie puede soñar una estructura matemática, pero sólo algunos son interesantes; aquellos que son de interés son generalmente debido a que los axiomas son la intención de modelar alguna idea. Por ejemplo, el modelo para los grupos de simetrías o transformaciones de un objeto. Si usted es consciente de esto, entonces, la idea de un grupo de representación se vuelve más intuitivo que si usted piensa en un grupo exclusivamente a través de su definición literal como un conjunto estructurado de una manera particular.

Matemáticas, históricamente, no procede de lo general a lo específico, pero de lo particular a lo general. (Y de vuelta a lo específico, a veces.) Proyectivas y afines variedades de vino antes de esquemas, $\mathbb{Z}[i]$ vinieron antes que en general los dominios de Dedekind, y la integración en euclidiana espacios de vino antes de la moderna teoría de la medida. "Categorías" puede ser fundamental material, sino que se han inventado para entender mejor la topología algebraica -- un sistema bien establecido de la disciplina. Es imposible, por supuesto, aprender matemáticas en orden histórico; no hay suficiente tiempo en la vida de uno, y a menudo hay atajos que se pueden tomar para la comprensión de material clásico con una mejor comprensión moderna. Pero si usted quiere entender y trabajar con los axiomas en las modernas estructuras matemáticas, parece natural que usted debe tener algún conocimiento de cómo la gente se decidió a poner en. (De hecho, en todos los ejemplos anteriores, los axiomas de la correspondiente modernas estructuras (esquemas, las medidas, los dominios de Dedekind) son precisamente los que pretende modelo de las características esenciales de los ejemplos clásicos.)

En resumen: es posible tratar de matemáticas únicamente como un juego sin sentido marcas en el papel, desprovisto de la historia y la cultura, en cuyo caso ignorar algo como el cálculo es probablemente factible, al menos si nos atenemos a la adecuada subcampos. (Disculpas a David Hilbert y Zev Chonoles: no apoya este enfoque, pero tengo que recoger a la cita.) Pero esto me parece ni un sonido enfoque ni satisfactoria.

7voto

Tim Meers Puntos 499

Para la segunda parte de su pregunta, es decir,"Lo que normalmente se enseña, como mínimo, en la mayoría de Universidades de todo el mundo?", Voy a tratar de dar mi granito de arena.

Yo vivo en Italia y aquí no hacemos ninguna diferencia entre el análisis y el cálculo de los cursos. En mi universidad tenemos cuatro cursos obligatorios en el análisis, que abarcan desde la diferenciabilidad de una variable a la teoría de la medida. Me voy a dar una breve orden cronológico en el que me enseñó el principal "cálculo" plan de estudios. Usted debe tener en cuenta que todo lo que había sólida base teórica (de cada curso, es la prueba de orientación).

  • Análisis 1

Métrica de los espacios, de los límites de [junto con un montón de otras cosas, que llenó el supuesto]

Este curso tuvo muy poca plan de estudios, principalmente porque la "métrica de los espacios de" cubrir "todos" propiedades topológicas de las métricas espacios: la apertura,la closedness,compacidad y así sucesivamente. En el "límite" de la categoría que se ajuste dentro de los límites en espacios métricos (relacionados con la caracterización de compacidad) y de funciones reales de variables reales límites, series y secuencias. En realidad, fue una muy amplia curso.

  • Análisis 2

La diferenciabilidad de una variable, la integración en una variable, la diferenciabilidad en varias variables, integración en varias variables [este era más "cálculo" orientada, desde el "completo" análisis posterior con la teoría de la medida. Las variables fueron reales.]

Supongo que el estándar de cálculo de plan de estudios se detiene aquí (pero no estoy seguro). Esto se trata en los dos primeros semestres en el primer año en mi escuela (y por lo general todos alrededor de Italia). Los otros dos cursos se imparten en el segundo año y son la manera más teórica que estos dos; déjeme saber si usted piensa que son relevantes, voy a añadir algo acerca de ellos.

Como para la primera pregunta, yo estoy en la posición de responder, ya que soy todavía joven y realmente no sé a donde voy con todo esto.

EDIT: para responder a @3Sphere comentario sólo puedo decirte que los libros recomendados para las clases fueron

  • P. M. Soardi, Analisi Matematica
  • Rudin, Principios de Análisis Matemático
  • Gelbaum, Holmsted, Counterxamples en el Análisis de

(para el primer curso)

  • C. Maderna, Analisi Matematica II

(para el segundo)

Creo que no existe la traducción de los dos libros porque son de un editor que no publicar en el extranjero. Lo siento, pero yo no sé de ningún libro italiano que usted podría encontrar en inglés, lo siento. Por otro lado, creo que la suggetion de Rudin es un indicador de que la presentación es bastante internacional de todos modos (espero que esto está claro).

EDIT 2: como por Américo comentario, voy a añadir algo de información acerca de los otros dos cursos obligatorios en el análisis de

  • Análisis 3 Ecuaciones diferenciales, sucesiones y series de funciones, integración sobre las curvas, formas diferenciales e integración de formas diferenciales sobre las curvas, del teorema de Dini y funciones implícitas.

La parte principal del programa fue de ecuaciones diferenciales, así que básicamente todo lo demás que no nos vuelva a conectar a aquellos que, por ejemplo, la serie de soluciones para ecuaciones diferenciales y exacta de las ecuaciones diferenciales.

  • Análisis 4

Lesbegue medir y Lesbegue integral, general de la teoría de la medida, Haussdorf medida.

Esta se entiende como una generalización natural de la multivariable parte de Análisis 2.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X