رياضيات

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
إقليدس الرياضياتي اليوناني في القرن الثالث ق. م، كما تخيله رفائيل في لوحته المعروفة بمدرسة أثينا

الرياضيات[1] علم مواضيعه مفاهيم مجردة والاصطلاحات الرياضية تدل على الكم، والعدد يدلّ على كمية المعدود والمقدار قابل للزيادة أو النقصان وعندما نستطيع قياس المقدار نطلق عليه اسم الكم. لذلك عرف بعض العلماء الرياضيات بأنه علم القياس. تعتبر الرياضيات لغة العلوم إذ إن هذه العلوم لا تكتمل إلا عندما نحول نتائجها إلى معادلات ونحول ثوابتها إلى خطوط بيانية.

تعرف الرياضيات بأنها دراسة القياس والحساب والهندسة. هذا بالإضافة إلى المفاهيم الحديثة نسبياً ومنها البنية، الفضاء أو الفراغ، والتغير والأبعاد. وبشكل عام قد يعرفها البعض على أنها دراسة البنى المجردة باستخدام المنطق والبراهين الرياضية والتدوين الرياضي. وبشكل أكثر عمومية، قد تعرف الرياضيات أيضاً على أنها دراسة الأعداد وأنماطها.

ولقد نشأت الرياضيات بقيام الإنسان بقياس ما يشاهده من ظواهر الطبيعة بناء على فطرة وخاصية في الإنسان ألا وهي اهتمامه بقياس كل ما حوله إلى جانب احتياجاته العملية فهكذا كان هناك ضرورة لقياس قسمة المقوتة (الطعام) بين أفراد العائلة وقياس الوقت والفصول والمحاصيل الزراعية تقسيم الأراضي وغنائم الحملات الحربية والمحاسبة للتمكن من الإتجار إلى جانب علم الملاحة بالنجوم في السفر والترحال للتجارة والاستكشاف والقياسات اللازمة لتشييد الأبنية والمدن.

و هكذا فإن البنى الرياضية التي يدرسها الرياضيون غالبا ما يعود أصلها إلى العلوم الطبيعية، وخاصة علم الطبيعة، ولكن الرياضيين يقومون بتعريف ودراسة بنى أخرى لأغراض رياضية بحتة، لأن هذه البنى قد توفر تعميما لحقول أخرى من الرياضيات مثلا، أو أن تكون عاملا مساعدا في حسابات معينة، وأخيرا فإن الرياضيين قد يدرسون حقولا معينة من الرياضيات لتحمسهم لها، معتبرين أن الرياضيات هي فن وليس علما تطبيقيا.

فللرياضيات دور بارز في علوم المادّة (أي الفيزياء والكيمياء) وعلم الأحياء (البيولوجيا)، فضلاً عن دوره المتميز في العلوم الإنسانية.

التاريخ[عدل]

مخطوطة مصرية قديمة لأحمس

كان الكُتاب البابليون منذ أكثر من 3000 عام يمارسون كتابة الأعداد وحساب الفوائد ولا سيما في الأعمال التجارية ببابل. وكانت الأعداد والعمليات الحسابية تدون فوق ألواح الصلصال بقلم من البوص المدبب. ثم توضع في الفرن لتجف. وكانوا يعرفون الجمع والضرب والطرح والقسمة. ولم يكونوا يستخدمون فيها النظام العشري المتبع حاليا مما زادها صعوبة حيث كانوا يتبعون النظام الستيني الذي يتكون من 60 رمزا للدلالة على الأعداد من 1-60. وطور قدماء المصريين هذا النظام في مسح الأراضي بعد كل فيضان لتقدير الضرائب. كما كانوا يتبعون النظام العشري وهو العد بالآحاد والعشرات والمئات. لكنهم لم يعرفوا الصفر. لهذا كانوا يكتبون 600 بوضع 6 رموز يعبر كل رمز على 100.

عالم الرياضيات الإغريقي فيثاغورس (حوالي 570 - حوالي 495 قبل الميلاد), ينسب إليه اكتشاف مبرهنة فيثاغورس.

الرياضيات في علوم المادة[عدل]

يبقى علم الفيزياء علما استقرائياً يعتمد في الأساس على مراقبة الظواهر الطبيعية واختبارها، ويستطيع في أقصى حده التعبير عن القوانين بلغة رياضية، فتكون الرياضيات في مجال علوم المادة لغة تعبير أكثر منها منهج اكتشاف، وهناك حالات عديدة كانت الرياضيات فيها أسلوب اكتشاف وبرهنة. فقد اكتشف الفلكي الفرنسي أوربان لوفيريي بالحسابات الرياضية مكان كوكب نبتون وبعده وكتلته قبل التحقق من وجوده الفعلي بالرصد وكان الفكر الرياضي عند "نيوتن" و"أينشتاين" سابقا إلى حد كبير على الاختبار، لكن يبقى الاختبار الضامن الأخير لصحة الاكتشافات في علوم المادة. أما فرضية تحويل الكون برمته إلى معادلة رياضية كبرى فيبقى حلماَ راود أذهان الفلاسفة والعلماء أمثال "ديكارت"، ولكن هذا الهدف الكبير يبقى مجرّد فرضيّة دونها صعوبات وتجاذبات علمية وفلسفية. فالعالم لا يستطيع استعمال المنهج الرياضي الاستنباطي في سائر العلوم إلا إذا سلب الواقع كثيرا من مضمونه.

فاللغة الرياضية توفر للقوانين العلمية مزيدا من الدقة، ومن أبرز الأمثلة على دور الرياضيات في علوم المادة: قياس سرعة الرياح، وقياس قوة الزلازل، وقياس الضغط الجوي.

الرياضيات في علوم الأحياء[عدل]

إن نجاح المنهج الاختباري في علوم الأحياء هيأها لاستعمال اللغة الرياضية الرائجة جدا في مجال العلوم الفيزيوكيميائية. ولقد عارض بعض العلماء هذا داعين إلى الحذر وعدم إقحام الرياضيات في علوم الأحياء قبل أن تمر هذه الأخيرة بشكل واف على مشرحة التحليل. فالعلم الذي يبلغ مبلغا كافيا من التطور هو الذي يمكن أن يطمح إلى هذه الدرجة العلمية الرياضية.

و كان علم الوراثة الأول من علوم الأحياء الذي اتبع علوم المادة في مسارها الرياضي، وقد طبقت قوانين "مندل" في المجال الحيواني بقصد تأصيل بعض الحيوانات وعزل خصائص معينة كاللون والشكل والقد. وركز العالم "مورغان" اختياراته على ذبابة الدروزوفيل فتوصل إلى تحديد الجينات الوراثية في كروموزومات نواة الخلية.

إن علماء البيولوجيا يعتبرون الإحصاءات الرياضية بمثابة استقصاء وشرح متميز للمعطيات الطبية. فإن قياس الثوابت البيولوجية والتسجيلات البيانية تشكل لغة شائعة جدا في علوم الأحياء. فتخطيط الدماغ، وتخطيط القلب، وقياس نسبة الزلال، وقياس نسبة السكر في الدم، وإحصاء عدد كريات الدم الحمراء والبيضاء، وقياس النمو والوزن كلها دلائل على دخول الرياضيات في علوم الأحياء.

الرياضيات في العلوم الإنسانية[عدل]

تضم العلوم الإنسانية علم الاقتصاد والاجتماع والتاريخ والنفس والأخلاق وما سواها. فالمجتمعات الصناعية تعتمد على اللغة الرياضية من أجل تطوير الواقع الذي تعيش فيه، فالاقتصاد يقوم على التخطيط الذي يعد أسلوبا للسيطرة على اقتصاد البلد ومحوره الأساسي الرياضيات. كذلك علم الاجتماع الذي يرتكز على الاستبيان والجداول الإحصائية والخطوط البيانية أثناء دراسة لحالة فقر أو نسبة الهجرة السكانية إلى الخارج أو نسبة البطالة. أما بالنسبة للتاريخ، فالرياضيات تجعل عملية التأريخ أكثر موضوعية ودقة من خلال تحديد الفترة الزمنية لحادثة ما وتدوين نتائجها على مختلف الصعد. وتستخدم اللغة الرقمية في العديد من الدراسات لعلم النفس خاصة عندى قياس الفروقات الفردية ونسبة الذكاء. غير أن الرياضيات لا تستطيع الدخول على علم الأخلاق بسبب الموضوعات التي يحويها كالإرادة والضمير والحرية والمسؤولية والحق والواجب، فهي بالأمور المعنوية التي لا يصح معها استعمال القياس أو الكم.

مجالات الرياضيات[عدل]

أدى الانتشار الواسع للمعرفة في العصر العلمي إلى التخصص حيث يوجد حاليا ما لا يقل عن المئات من التخصصات في الرياضيات، إذ يحتل تصنيف مواضيع الرياضيات ستا وأربعين صفحة.

أسس وفلسفة الرياضيات[عدل]

An أباكوس, آلة حساب بسيطة تستعمل منذ القديم.

بصفة عامة، يمكن للرياضيات أن يقسم إلى دراسة الكمية والبنية والفضاء والتغير (مما يعني الحسابيات والجبر والهندسة والتحليل).

الرياضيات البحتة[عدل]

قد تقسم الرياضيات إلى فروع حسب موضوع الدراسة الأساسي.

الكمية[عدل]

1, 2, \ldots 0, 1, -1, \ldots \frac{1}{2}, \frac{2}{3}, 0.125,\ldots
أعداد طبيعية أعداد صحيحة أعداد كسرية
\pi, e, \sqrt{2},\ldots i, 3i+2, e^{i\pi/3},\ldots
أعداد حقيقية أعداد مركبة أو عقدية
عددعدد طبيعيعدد صحيحعدد كسريعدد حقيقيعدد عقديعدد فوق عقديكواتيرنيوناوكتونيونسيدينيونعدد فوق حقيقيعدد حقيقي فائقعدد ترتيبيعدد كميعدد بيمتوالية صحيحةثابت رياضيأسماء الأعداداللانهايةالأساس (رياضيات)

البنية[عدل]

انظر إلى بنية رياضية.

جبر تجريدينظرية الأعدادهندسة جبريةنظرية المجموعاتمونويدالتحليل الرياضيالطوبولوجياالجبر الخطينظرية المخططاتالجبر الشاملنظرية الزمرنظرية الترتيبنظرية القياس

\begin{matrix} (1,2,3) & (1,3,2) \\ (2,1,3) & (2,3,1) \\ (3,1,2) & (3,2,1) \end{matrix} Elliptic curve simple.svg Rubik's cube.svg Group diagdram D6.svg Lattice of the divisibility of 60.svg
توافقيات نظرية الأعداد نظرية الزمر نظرية المخططات نظرية الترتيب

الفضاء[عدل]

قد يسمى الفضاء أيضا فراغا.

Torus.jpg
Pythagorean.svg
طوبولوجيا هندسة رياضية
Osculating circle.svg
thump
هندسة تفاضلية علم المثلثات
Fraktal.jpg
هندسة كسيرية
طوبولوجياهندسة رياضيةعلم المثلثاتهندسة جبريةهندسة تفاضليةطبولوجيا تفاضليةطوبولوجيا جبريةجبر خطيهندسة كسيرية

التغير[عدل]

36 \div 9 = 4
Integral as region under curve.png
حساب تكامل
Vectorfield jaredwf.png
تكامل شعاعي
\int 1_S\,d\mu=\mu(S) \frac{d^2}{dx^2} y = \frac{d}{dx} y + c
تحليل رياضي معادلات تفاضلية
Limitcycle.svg
LorenzAttractor.png
جمل متحركة (ديناميكية) نظرية الشواش

الحسابعلم الحسبانالحسبان الشعاعيالتحليل الرياضيمعادلات تفاضليةجمل متحركةنظرية الشواشقائمة الدوال (التوابع)

الرياضيات التطبيقية[عدل]

تدرس الرياضيات التطبيقية الطرق والوسائل الرياضية التي تستعمل في مجالات أخرى كالهندسة والعلوم والأعمال والصناعة. ترتبط الرياضيات التطبيقية ارتباطا كبيرا بالرياضيات البحتة.

قد تضم الرياضيات التطبيقية مجالات الميكانيك والتحليل العددي والاستمثال الرياضي والرياضيات الاقتصادية ونظرية الألعاب والبيولوجيا الرياضية وعلم التعمية ونظرية المعلومات وميكانيك السوائل.

الإحصاء وعلوم أخرى مساعدة على اتخاد القرارات[عدل]

للرياضيات التطبيقية تداخل مع تخصص الإحصاء حيث تعتمد نظريته على الرياضيات وخصوصا نظرية الاحتمال.

الرياضيات الحسابية[عدل]

تدرس الرياضيات الحسابية طرق حلحلة المعضلات الرياضية التي تتطلب قدرات حسابية تفوق القدرة الإنساية. التحليل العددي يأتي في هذا الاتجاه.

هل الرياضيات مهنة ؟[عدل]

انظر إلى وسام فيلدز وجائزة وولف في الرياضيات وجائزة آبل.

هل الرياضيات علم ؟[عدل]

كارل فريدريش غاوس, المعروف بأمير علماء الرياضيات.[2]

انظر أيضا تعريف الرياضيات.
وصف كارل فريدريش غاوس الرياضيات بأنها ملكة العلوم.

يعتقد عدد من الفلاسفة أنه من غير الممكن تخطيىء الرياضيات تجريبيا، وبالتالي، فهي ليست بعلم إذا ما نُظر إلى تعريف كارل بوبر للعلم[3]. ولكن في ثلاثينات القرن العشرين، جاءت مبرهنات عدم الاكتمال لغودل لكي تقنع العديد من علماء الرياضيات بأنه لا يمكن اختزال الرياضيات في المنطق وحده. مما دفع بكارل بوبر إلى الاستنتاج أن أعظم النظريات الرياضية هي، كما هو الحال في الفيزياء والبيولوجيا، فرضية ثم استنتاج استنباطي.

تقسيم أولى لفروع الرياضيات[عدل]

من الرياضيات البحتة

  • من فروع الرياضيات المتقطعة:
  • اللغات الشكلية ونظرية الآليات
  • نظرية المخططات وهي دراسة نظم ذات بنية شبكية وتتضمن على دراسة الشبكات وعبور المخططات والشجر وأطياف المخططات وغير ذلك.
  • نظرية المجموعات المبسطة.
  • نظرية الأعداد.
  • من فروع الجبر:
  • جبر الأعداد الحقيقية (الجبر والمقابلة للخوارزمي).
  • الجبر المجرد (يشتمل على القواعد المنطقية لحساب مختلف مجموعات الأعداد مثل حساب الأعداد الحقيقية والمركبة إلخ)
  • نظرية الزمر.
  • حساب المجموعات (الفئات).
  • حساب المتتاليات.
  • حساب المتجهات.
  • الجبر الخطي.
  • حساب المصفوفات.
  • جبر بول
  • ما وراء الرياضيات : ويشتمل ذلك على سبيل المثال على نظرية جودل وبحوث هيلبرت وبرتراند راسل حول تعريف وتبويب بنية الرياضات بأجمعها.

من الرياضيات التطبيقية

  • نظرية الألعاب ولها تطبيقات في الاقتصاد وعلوم الإدارة والتخطيط.
  • علم الاحتمالات والإحصائيات.
  • علم النظم
  • نظرية الشواش والنظم اللا- خطية.
  • نظرية التحكم الآلي.
  • علوم الحاسبات الآلية:
    • نظرية الحوسبة.
    • تحليل الخوارزميات.
    • الذكاء الاصطناعي.
      • التعلم الآلى ويشتمل على
        • نظريات التعلم التوأصلي والشبكات العصبية أو العصبونية.
        • نظريات التعلم التطورى: البرمجة والخوارزميات الوراثية والتطورية.
      • الإثبات الآلى للنظريات.
      • البحث المتوالى والمتوازي وفوز المباريات.
    • تصميم الدارات المنطقية.
    • علم المعلومات أو العلوم المعلوماتية.
    • علم إدارة نظم المعلومات.
    • علوم البرمجيات.
  • الاستمثال استمثال تعرف فروع هذا القسم بالبرمجة للإشارة إلى أن المراد هي إيجاد أدنى حلول للمعادلات تحت التحليل مثلا تحليل سيمبلكس.
    • البرمجة الخطية.
    • البرمجة الكاملة.
    • البرمجة المتحركة.
  • بحوث العمليات.
  • علوم الطبيعة الرياضياتية : وتشمل على فروع العلوم والنظريات الطبيعية التي تعتمد بالأساس في صياغتها على التحليل والبرهنة الرياضية أكثر من قياس التجارب والظواهر الطبيعية ومنها
    • نظرية الكم أو النظرية الكمومية أو علم الحركيات الكمية.
    • الميكانيكا أو الحركيات الإحصائية.
    • ومنها أيضا دراسة حلول الدالات المجهولة في التصميم الهندسي والصناعي والتي تعتمد على حساب المعادلات التفاضلية التي تصف النظم تحت التصميم.
    • ميكانيكا هاملتون.
    • التحليل العددي.
  • علم الشفرات.

الرياضيات المتقطعة[عدل]

Venn A intersect B.svg
نظرية المجموعات المبسطة نظرية الحوسبة
Caesar3.svg 6n-graf.svg
علم التعمية نظرية المخططات
التوافقياتنظرية المجموعات المبسطةنظرية الحوسبةعلم التعمية

المبرهنات والحدسيات الهامة[عدل]

مبرهنة فيثاغورثمبرهنة طاليس –مبرهنة الكاشي –مبرهنة فيرما الأخيرةحدسية غولدباخحدسية التوأمين الأوليةمبرهنة عدم الاكتمال لغودلحدسية بوانكاريهقطر كانتورمبرهنة الألوان الأربعةقضية زورن المساعدةهوية اويلرأطروحة تشرش-تورينغ
فرضية ريمانفرضية الاستمراريةP=NPمبرهنة الحد المركزيةالمبرهنة الأساسية في التكاملالمبرهنة الأساسية في الجبرالمبرهنة الأساسية في الحسابالمبرهنة الأساسية في الهندسة الإسقاطيةمبرهنات تصنيف السطوحمبرهنة غاوس-بونيت

بعض أعلام الرياضيات[عدل]

من أهم مطورى الرياضيات القديمة والحديثة :

رياضياتية (بالإنجليزية: mathematical) صفة كل ما يتعلق بعلم الرياضيات من أشكال ورموز وصيغ ومشكلات. فإذا كان الرياضياتي هو المتخصص في الرياضيات، فإن مجال دراسته وبحثه يتعلق بمجموعة من الرموز والصيغ والأشكال والإجراءات التي تُسمى رياضياتية لانتسابها إلى الرياضيات ولتمييزها عن الأمور الرياضية التي تتعلق بالرياضة كممارسة قائمة على توظيف وتمرين وتشغيل الجسم البشري.

انظر أيضا[عدل]

مراجع[عدل]

  1. ^ باليونانية μαθηματικός وترجمها كل من ابن رشد وأُسطات إلى كلمتي التعاليمية والتعليمية
  2. ^ Zeidler، Eberhard (2004). Oxford User's Guide to Mathematics. Oxford, UK: Oxford University Press. صفحة 1188. ISBN 0-19-850763-1. 
  3. ^ Shasha, Dennis Elliot; Lazere, Cathy A. (1998). Out of Their Minds: The Lives and Discoveries of 15 Great Computer Scientists. Springer. صفحة 228. 

وصلات خارجية[عدل]