為什麼一些數學大神總可以用視覺化 具象的觀點去想問題?

時間 2021-05-14 15:58:11

1樓:dhchen

第一,我們把「視覺化」理解成想像出的幾何的基本完全的一一對應。大部分數學家都會在做問題的時候在腦海中浮現什麼,但是那個很多時候和我剛剛說的「視覺化」無關,而是一種「具體化想象」。「視覺化」在分析,特別是後期的泛函分析以上的用處不大。

那都是高度抽象的東西,需要靠計算和嘗試去突破,很多的技巧其實沒有啥視覺化,雖然它的理念很深刻。但是和視覺化無關,比如稠密性方法,比如各種復插入空間和各種調和分析中的技巧。很多問題你做不出來就是因為你不會「計算」而已,不是你不會直觀思維

而且你會發現很多證明其實非常暴力,和幾何/直觀也沒毛關係。還有一些結果,雖然直覺上好理解,但是分析上的嚴格證明是另外一回事,比如「兩點間線段最短「和」等周問題「。它們的嚴格證明都涉及高度的分析知識,在這個問題上「視覺化」本身不能作為證明。

我們來看看龐加萊是怎麼證明,下面這一段論述來自他的自敘

「我花了15天是去證明Fucbisan 函式的存在性,一開始的時候,我每天花了1-2小時坐在桌子前面,嘗試了非常多的組合得到得到了一些結果。 。。。。有一天晚上,我喝了黑咖啡,睡不著,腦子裡面閃現出很多的組合,然後其中一種慢慢穩定下來。。。

」所以,天才如他是需要嘗試和計算,他們也不是「蹦」的一下把任何難題都一瞬間做出來的。

第二,具體化這個方法是非常有用的。就是把乙個難的/抽象的問題和簡單的/具體化的問題相對應。在分析中,很多方法其實是處理某些具體問題中的技巧經過高度提煉後的產物。

最後甚至變成了標準化的工具,比如證明用 去逼近 。 以我長期學習的經驗來看學好分析要從幾個方面入手: (a),要做好各種technique的總結,這個和中學的背題型不是一回事,而是要通過很多不同的例子/練習來「深入」理解各種技巧。

很多分析的定理的核心其實就是幾句話,比如Brouwer定理+緊性=Schauder不動點。而Brouwer定理+單調性(某種收斂性)= Browder-Minty定理。另一方面,你需要理解,其實分析的體系是乙個網狀的東西,每個節點其實是某個技巧和概念,它們是相互聯絡的,有的作者把這些聯絡寫出來,有的人偷懶沒寫,你需要自己去發覺和總結

比如,數學分析/實分析中就學過的乙個定理:

如果你學過泛函分析的「弱收斂」這個概念,你會發現這個結果其實是乙個弱收斂的等價論述,也就是 弱收斂到0(但是它又不強收斂到0)。如果注意到 是一組 空間中的正交基(不完備的),那麼一切都變得清晰了,你只需要利用Bessel不等式就能簡單的證明這個定理。也就是,上面的黎曼引理可以等價於證明:

在l^2中,當n 趨於無窮,(f,e_n)趨於0(e_n是l^2中的一組正交基)。

(b),要通過各種例子來掌握定理,在腦子/筆記本上放入一些具體又非平凡的例子:比如康托爾函式等。 通過這些非平凡的例子來培養「第二直覺」,用以替換原有不靠譜的直覺。

分析學得好的人幾乎肯定可以構造一些非平凡的反例。 (c) 經常複習和使用,別把自己當天才,即使你這一秒懂了,也不能保證你明天還懂,要想不忘記是很難的,除了要做好筆記外,需要經常使用自己的分析知識去解決問題,把這些知識放在「長期記憶」中。經常和自己玩「質疑性」的遊戲,有事沒事可以想一些開放性的問題

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