體現具體與抽象相結合的數學例子有哪些?

時間 2021-05-10 23:37:01

1樓:TravorLZH

在平面直角座標系中,畫乙個邊長為R的正方形:

用 表示該正方形內格點(lattice)的數量,再用 表示該正方形內可以被原點看見(與原點連線的線段不過其它格點)的格點數量,求當 時求可被原點看見的格點密度 的極限。下面我們將求解這個有趣的謎題。

很明顯,這是乙個數論問題,而且還是乙個數格點問題。根據影象的性質,易知可以被原點看見的格點是素格點(即橫縱座標為互素數)並且 ,而 的求法就比較特殊了。現在我們畫一條對角線:

可以發現只要能求出橙色線下方素格點的數量,就能得出 的表示式。

遍歷橫座標

由圖可知,若藍線的橫座標為n,則藍線上素格點的數量就是比n小且與n互素數的數量,即 。因此 ,所以原問題就變成了求解如下極限:

對於分子,我們可以利用尤拉函式的狄利克雷卷積性質 ,得到:

事實上根據 [1]以及 [1],有:

於是代入回原來的表示式,得:

事實上,我們可以利用Dirichlet級數的乘法來轉換問題。根據莫比烏斯反演,可知:

所以 。綜上所述當正方形的邊長不斷增大時,素格點的密度會逐漸向 靠攏。

又乙個意想不到的圓周率

2樓:Yuhang Liu

具體:給定乙個素數p,乙個和p互素的正整數a,我們有 被p 整除。(費馬小定理)

抽象:群裡面元素的階數都整除群的階數。(拉格朗日定理)特別地,取有限域 的乘法群 ,任何與p互素的正整數a都代表了 裡的乙個元素,而的階數是p-1,於是 在裡的像就是1.

第乙個命題,只涉及到整數,整除,素數,互素這些小學數學概念,2023年前的歐幾里得都能看懂。第二個命題,出現了群,有限域,一下子跳到了工業革命的時代。但從有限域乘法群的角度來看,費馬小定理就是乙個非常自然的結論,不需要任何技巧來證明。

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