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  • 我发起了一个 数学学派 : 逻辑数学

    我前几天写了一篇 《我决定 发展推广 一个 物理学 学派 “逻辑物理学”》   https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11413349.html  ,

    之所以 会 产生 逻辑数学 这个 想法,  是 看了 反相吧 冥河乘船人 的 一个 帖 《搞数学也是不能钻牛角尖的,否则微积分不成立》 ,

    见 《收录 搞数学也是不能钻牛角尖的,否则微积分不成立》          https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11531171.html      。

    逻辑数学 以 直观 和 逻辑思辨 为 基础,  演算 为 方法,   注重 需求分析 和 建立模型,  以 解决 实际问题 为 导向 。

    逻辑数学 注重 演绎 和 计算机辅助 ,    演绎 就是 有 “执行步骤” , 或者说 程序,  或者说 逻辑  。

    一般来说, 纯数学 方法 是指 纯 代数式 推导 计算,         演绎 则 可以 用 一些 步骤 把 多个 代数式 组合起来  。

    计算机辅助 包含 计算机计算 和 计算机模拟,    通过 计算机模拟 来 直观 的 观察 研究对象 和 现象, 提取需求, 建立模型 。

    总的来说, 微积分 擅长 解决 的 问题 是    微分量 和 自变量 之间  没有 函数关系, 或者说 这个 函数关系 可以用 初等数学 表达式 描述 的 常用函数 的 微分 和 积分  。

    所谓 常用函数 就是 常用函数,  哈哈哈,  我举个 “不常用函数” 的例,  比如 随便 写一个 高次多项式 方程,   高次多项式方程 不好求解,  作为 函数,  也 不容易 求微分 ,  简单的说 就是 代数式 难以变换  。

    又或者,   dy / dx = 高次多项式   ,   这样一个 微分方程,   解这个 微分方程, 也就是 对 这个 微分表达式 求 积分,   这个 积分 也不好求  ,   原因 和 上面 一样,  代数式 难以变换  。

    所以,     这些 “奇形怪状” 的 代数式 (通常 是 高次多项式)  表示 的 函数,   求 导数(微分) 不好求,   求 原函数(积分) 也 不好求  。

    这些 就是 “不常用函数”                     。

    什么是  微分量 和 自变量 之间  有 函数关系 ?     比如 天体力学 里的 n 体 问题,   大家都知道 三体 方程 解不出来,

    实际上,  二体 方程 也 解不出来  。

    之所以 现在  “二体 问题 已经 圆满 的 解决了” ,   是 因为 二体 的 解 除了 相撞,   是一个 周期性 解,   可以用 定性 分析 的 方法 来 求得 周期性 解  。

    如果 按照 基本 的 坐标位移 + 万有引力 + 牛顿第二定律 来 列 微分方程 的 话,  这个 微分方程 用 纯 代数式 的 推导 也 很难 求解  。

    因为 二体 的 微分量 和 自变量 有关, 自变量 是 时间 t,   2 个 质点 的 坐标 :   x1, y1, x2, y2   随  t  而 变化 ,

    微分量  dx1  由 质点 1  受到的 的 引力 F1  决定,

    而 F1  由    2 个 质点 间 的 距离 r 决定,  而 r 由 x1, y1, x2, y2   决定,

    而 x1, y1, x2, y2   又 随  t  变化 ,    所以 微分量 dx1 和  自变量  t  有关    。

    根据 这个 关系 可以 列 一个 微分方程,

    而 根据 这个 微分方程 求 积分 可以得到 一个 数列,   数列 的 第 n 项 中 的 r 由 两个 质点 的 起始位置 和 在此之前 的 位移 决定,

    在此之前 的 位移 就是    第 1 项 ~ 第 n - 1 项  的  累积,   这个 累积 就是 积分,  虽然 不是 全部 的 积分,

    但是 是 积分 的 一部分,   也可 称作 积分量,

    数列 的 每一项 是  一个  微分表达式,   也可以 称作 微分量,

    所以,   第 n 项 微分量 和 第 1 项 到 第 n - 1 项 的 微分量 的 和(积分量) 有关,    这可以 表示 为 一个 递归函数:

    x1(n) = f ( ∑ a (n - 1) ,  x1, x2, y1, y2,  t  )     ,

    这个 递归函数 的 数列 求和 就是    ∑ x1(n) = ∑  f ( ∑ a (n - 1) ,  x1, x2, y1, y2,  t  )    ,

    这个 求和 表达式 大概 很难 变换为 代数式,   即使 是 无穷级数 形式 的 代数式 大概 也很难,

    这只是一个 积分,  应该有 4 个 这样 的 积分 :

    ∑ x1(n) = ∑  f ( ∑ a (n - 1) ,  x1, x2, y1, y2,  t  )   

    ∑ y1(n) = ∑  f ( ∑ a (n - 1) ,  x1, x2, y1, y2,  t  )   

    ∑ x2(n) = ∑  f ( ∑ a (n - 1) ,  x1, x2, y1, y2,  t  )   

    ∑ y2(n) = ∑  f ( ∑ a (n - 1) ,  x1, x2, y1, y2,  t  )   

    这 4 个 积分 就是 4 个 方程,  构成 一个 方程组,   通过 消元 (如果能做到的话),   就可以 解 出  4  个 函数,  分别 是  x1, y1, x2, y2  和   t    的 函数 ,

    x1 = f 解 ( t )

    y1 = f 解 ( t )

    x2 = f 解 ( t )

    y2 = f 解 ( t )

    这就是 二体 问题 的 解 ,     这里 的 二体 问题 是 二维平面 上 的 ,  所以 只有  x , y 坐标, 没有 z 坐标  。

    可以看到,   因为 微分量 和 该项 微分量 之前 的 积分量 有关,   这个 积分量 本身 就是 个 积分,  是 自变量  t  的 积分,  这个 积分关系 就是 当前所求取 的 积分,  不能用 初等数学 表达式 (代数式) 来 描述,

    这就 造成了  积分 表达式 , 也就是 数列求和 表达式  难以 变换 为    代数式,          从 递归函数 这里 也可以看出来  ,

    所以,    难以 用 代数式 方法 求解  。

    所以,  对于 微分量 和 该项 微分量 之前 的 积分量 有关 的 情况,  微积分 是 难以处理 的 。   这 或许 超出了 微积分 的 常用 范畴  。

    这也就是 上文 说的,    微积分 擅长 解决 的 问题 是    微分量 和 自变量 之间  没有 函数关系, 或者说 这个 函数关系 可以用 初等数学 表达式 描述 的 常用函数 的 微分 和 积分  。

    应该注意,       微分量 和 该项 微分量 之前 的 积分量 有关   是   微分量 和 自变量 之间  有 函数关系, 并且 这个 函数关系 不可以用 初等数学 表达式 描述 的 一种 情况   。

    所以 ,  由 这一点 就 决定 了 二体方程 用 代数式 方法 可能是 解不出来 的,   三体 亦然,  n 体 亦然  。

    三体 因为 多了一个 质点,  所以 方程数量 增加,  代入 消元 后 得到 的 表达式 也会 更复杂,    也增加了 求解 难度 。

    因为 n 体,  比如 二体,   是 我每时每刻在影响你, 你也每时每刻在影响我, 我的 变化 会造成 你的 变化, 你的变化会造成我的变化,  我对你的影响是 连续 的, 每时每刻的,  你对我的影响 也是 连续 的,每时每刻 的,     这种 连续 的 互相影响 的 问题 本来 就是 复杂的,   要依靠 纯 代数式 描述 出来 并不容易   。

    微积分 的 实用 可能 到 二体 / 三体  为止,          但是 微积分 发明 了 一系列 概念 和 理论,  用于 描述 连续,   这些 概念 是 很好 的 抽象 , 比如 dx,   这些 概念 和 理论 可以 继续用来 描述 连续模型,   不仅仅 限于 计算,   这有点 类似 计算机语言  。

    用 这套 语言 描述 出  连续模型 后,   实际 的 计算 方法 可以是 多种多样 的,  不仅仅 局限于 代数式 方法  。

    事实上,  既然 作为一个 语言,    描述 模型 是 一个 主要功能,       计算 反而 成了 次要的,   或者 不必要 的 。   哈哈哈

    未完待续  。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/11546309.html
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