学习数学的目的是什么?是提高单纯的解题技巧吗?非也。培养抽象思维的能力是数学教育的第一要务。为什么?
数是什么?人类对数的认识和探究已经经历了数千年。不了解加、减、乘、除,就难于融入现代社会。但是,在加、减、乘、除的背后究竟隐藏着什么东西?这不是一般人所能了解的。进入上世纪,有人给出了这个问题的答案。1910年,一位德籍犹太人Ernst Steinitz发表一篇影响深远的学术论文“域的代数理论”(Algeraic Theory of Fields),给出了抽象结构“域”(Field)的公理化描述,彻底弄清了隐藏在加、减、乘、除运算背后的“秘密”。
域F是一种支撑加、减、乘、除运算的抽象结构(集合),满足以下公理:
假定a,b, c ∈ F,(注:符号“+”代表加运算,符号“”代表乘运)·
A1.加法结合律:(a+ b) + c = a + (b + c).
A2.存在加法单位元:0.
A3.加法交换律:a+ b = b + a.
A4.存在加法逆元:−a.
M1.乘法结合律:(a· b) · c = a · (b · c).
M2.存在乘法单位元:1.
M3.乘法交换律:a· b = b · a.
M4.存在乘法逆元:a−1(“-1”应该在字母a的右上方,如果a≠ 0).
D.分配律成立:a· (b + c) = ab + ac.
在数学家的眼中,“域”F是很美丽的。他们认为,简单就是“美”。由此可见,有理数集合,实数集合都是“域”,而且是“无限域”。但是,实数域R是一种很特殊的域,在R中,单调递增序列只有两种情况:无界与有界。如果域F存在无界的单调递增序列,就叫做阿基米德域。如果域F里面的任何有界单调递增序列必有极限,测称为“完备域“。所以,实数域是完备的阿基米德域。很明显,阿基米德域里面不可能存在无穷小与无穷大。由此可见,超实数域*R不是阿基米德域,也不是完备域。因为,一般而言,有界单调递增的无穷小序列就没有“极限”(除非说它是“零”)可言。
数学公理化给数学发展带来无限美好的前景。将来,当我们遇到外星人的时候,可以预见的是,我们与他们交流(沟通)微积分学知识是完全有可能的。因为,只要他们懂得加、减、乘、除就必然懂得抽象结构”域“,上面也必有”微积分“演算。我们要注意他们的文明发展到什么程度,使用不使用无穷小与无穷大(模型论知识)。细观复旦大学《数学分析》国家级规划教材,作者把实数系R的各种性质说了一个遍,就是不说完备阿基米德域。原因无非是他们不愿意搞“数学公理化”。数学公理化就那么可怕吗?非也。现在已经是二十一世纪,大梦也该醒醒了。今年我国有160多万考研学子,给他们灌输一点公理化知识,天不会塌下来。