اغلب مفاهیم ریاضی را با ذکر مثال های ملموس از طبیعت و یا به صورت آزمایشگاهی میشه آموزش داد. آزمایشگاه ریاضی در مراحل اولیه نیاز به امکانات چندانی نداره. یک مداد، چند برگ باطله، یک نقاله، خط کش، متر، دماسنج، فعلا همین ها.
در این قسمت می خواهیم چند تا از مفاهیم پرکاربرد ریاضی را به زبان خودمانی بیان کنیم.
مفاهیمی از ریاضیات پایه و ریاضی عمومی
- مفهوم تابع به زبان ساده: وقتی آب میذارید روی گاز، دمای آب لحظه به لحظه تغییر می کنه میگیم دمای آب تابعی از زمان است. قیمت دلار هم تابعی از زمان است. در هر دوی این مثال ها، تابع، صعودی است یعنی دمای آب میره بالا وقتی زمان میگذره و قیمت دلار هم میره بالا. یک مثال دیگه از تابع بزنیم: مقدار انحراف از حالت عادی طناب توی حیاط که لباس روش پهن کردید تابعی از نقاط مختلف طناب هست، در دو نقطه انتهایی طناب مقدار انحراف صفر هست و هر چه به مرکز نزدیکتر میشید انحراف بیشتر میشه البته اگه لباسا را وسطا پهن کرده باشید و طناب هم یه خرده شل و ول باشه! مقدار پولی که بابت خرید مرغ میدید تابعی از وزنش هست باز این هم یک تابع هم صعودی هست. مقدار پولی که بابت هزینه برق پرداخت می کنید تابعی از مقدار مصرف (برحسب کیلووات ساعت) هست.دمای گوشت از وقتی از فریزر دی میارید ۱۶ درجه هست تا یک ساعت بعد فکر می کنید بر حسب زمان چطور تابعی باشه؟ به مقدار حجم مانده بسته اینترنتی از روزی که بسته را گرفتید تا روزی که تموم میشه فکر کنید مقدار حجم بسته تابعی نزولی از زمان است. در همه این مثال ها مقدار پول پرداختی، زمان، قیمت دلار، دما، مقدار خمش یک طناب که چیزی روش گذاشتید، … متغیر هستند در هر کدوم از این مثال ها به یک متغیر میگیم متغیر مستقل و به اون یکی میگیم وابسته. حالا شما قضاوت کنید که در مثال های فوق کدوم متغیر ها مستقل و کدوم ها وابسته اند.
- مفهوم تابع جدولی: کتری را بگذارید روی گاز و یک دماسنج بردارید و دمای آب را در زمان های مختلف در یک جدول یادداشت کنید یعنی در یک سطر زمان را بنویسید و زیرش دمای آب در آن لحظه را بنویسید به این جدول میگیم یک تابع جدولی. یک نمودار رسم کنید محور افقی را برای زمان (متغیر مستقل) در نظر بگیرید و محور عمودی را برای دما (چون دما به زمان بستگی داره به دما میگیم متغیر وابسته) به عنوان تمرین یک خط کش بردارید و از دو طرف یه مقدار فشار بیارید خم بشه. مقدار خم شدگی را در چند نقطه با یک خط کش اندازه بگیرید و یادداشت کنید. تابع جدولی بدست آمده را رسم کنید (وقتی نقطه ها را در نمودار به هم وصل می کنید اصطلاحا میگن درونیابی کردید. بعدا در موردش توضیح میدیم)
- مفهوم تابع غیر خطی (در درس ریاضی عمومی و حساب دیفرانسیل و انتگرال)
نمونه هایی در زندگی روزمره: وقتی مغازه دار با افزایش میزان خرید یک محصول مثلا برنج قیمت محصول را کمتر در نظر می گیرد قیمت جنس به عنوان تابعی از وزن، تابعی غیر خطی است.
مثال: وقتی مبلغ مشخصی پول دارید مثلا صد تومن و هر روز دو تومن پول بر می دارید مقدار پولی که در روز ام مونده براتون چقدره؟
که یک تابع خطی هست. این تابع را رسم کنید می بینید که نمودارش یک خط هست.
- مفهوم عملگر غیرخطی یا نگاشت غیر خطی (در درس آنالیز، جبر خطی و آنالیز تابعی) به زبان خودمانی: اگر عملگر یا نگاشت را یک ماشین در نظر بگیریم که یه چیزی میگیره (ورودی) و یه چیزی تولید میکنه میده بیرون(خروجی). اگر عملگر یا نگاشت به شکلی باشه که وقتی ورودی را n برابر کنید خروجی هم n برابر بشه (n می تونه هر عددی باشه) میگیم تابع خطی است. مثال های زیر همگی نمونه هایی از
مثال دیگر: در مسابقات دو اگر ۵۰ متر را در ۱۲ ثانیه بدوید آیا می توانید نتیجه بگیرید که ۱۰۰ متر را می توانید در ۲۴ ثانیه بدوید؟؟ خیر، وقتی فاصله زیاد تر میشه خسته میشید و انرژی تون کمتر میشه بنابراین دویدن را با روند قبل (خطی) نمی تونید ادامه بدید! نمودار زمان دویدن بر حسب فاصله را میشه به صورت زیر تصور کرد که هر چه مسافت بیشتر میشه شیب منحنی کمتر میشه (به زبان فیزیک یعنی سرعت شما کمتر میشه، به زبان ریاضی مشتق رو به کاهش است. مشتق=سرعت
- مفهوم قدر مطلق (هم در اعداد حقیقی و هم در اعداد مختلط): یعنی یه عدد چقدر از ۰ فاصله داره مثلا هم منفی ده و هم مثبت ده فاصله شون تا صفر ده واحده پس میگیم قدر مطلق منفی ده میشه ده قدر مطلق ده هم میشه ده. قدر یعنی مقدار مطلق هم یعنی بدون قید و شرط
در صفحه اعداد مختلط هم معنی قدر مطلق یک عدد میشه فاصله نقطه ای که اون عدد را نشون میده تا مبدا - مفهوم سینوس و کسینوس
مبحث مثلثات رابطه بین طول اضلاع در مثلث قائم الزاویه و زاویه بین اونا را بررسی می کنه. زمانی که انسان ها در غار ها زندگی می کردند از سر کنجکاوی این روابط را بدست آوردند! قبلش شکل های هندسی را باباهاشون بهشون یاد داده بودند که بکشن یعنی هندسه قدیمی تر از مثلثاته.چند تا مثلث قائم الزاویه رسم کنید که در همگی یک زاویه اش مثلا ۳۰ درجه باشه یک مثلث بزرگ، یک مثلث کوچک و یک مثلث معمولی باشه. برای هر کدوم از این مثلث ها، طول ضلعی که روبروی زاویه ۳۰ درجه هست را با خط کش یا متر یادداشت کنید و بر طول بزرگترین ضلع (یا همون وتر) تقسیم کنید عددی که بدست آوردید خواهید دید نتیجه برای همه مثلث ها تقریبا یکسانه به این عدد میگیم سینوس زاویه ۳۰ درجه. حالا مثلا سینوس ۲۰ درجه، ۵۰ درجه و ۶۰ درجه را هم حساب کنید. کسینوس چطور حساب میشه؟ - مفهوم انتگرال به زبان خودمانی
انتگرال یعنی جمع کردن یعنی تجمع و انباشتگی. انتگرال یک تابع یعنی مجموع مقادیر تابع. وقتی بدونید یک دونده در هر ثانیه سرعتش چقدر بوده
وقتی می خواهید دور یک ساختمانی که دایره ای هست را اندازه بگیرید
مفهوم توپولوژی به زبان ساده
مفاهیم جبر خطی به زبان ساده
مفهوم فضای برداری به زبان ساده: توجه کنید که هر دو تا بردار را که با هم جمع می کنیم باز یک بردار میشه وقتی یه بردار را در یک عدد ضرب می کنیم باز هم یه بردار میشه. میگیم مجموعه بردارها نسبت به جمع برداری و ضرب اسکالر بسته هستند (اسکالر یعنی عدد، scale یعنی مقیاس و اعداد معیار مقایسه کردن چیزها هستند لابد برای همین به اعداد اسکار هم میگن).
مفهوم پایه به زبان ساده
مفهوم بعد به زبان ساده
مفهوم مقدار ویژه و بردار ویژه به زبان ساده: بردارهایی که تحت اثر ماتریس (نیرو، تغییر شکل، دوران، …) فقط در اندازه تغییر می کنند (و نه در جهت) را بردارهای خاص یا بردار های ویژه آن ماتریس (آن نیرو، آن تغییر شکل، آن دوران، …) می نامیم و به مقدار تغییر اندازه هر کدام از این بردارها، مقدار خاص یا مقدار ویژه آن ماتریس نسبت به آن بردار می گوییم.
مفهوم فضاهای تابعی: فضاهای توابع پیوسته، فضاهای چندجمله ای ها، فضاهای توابع مربعا انتگرال پذیر، فضاهای سوبولوف، …
مفهوم تجزیه ماتریسی به زبان ساده و ارتباط با دستکاری اشکال هندسی در نرم افزارها (کشیدگی شکل ها، تغییر مقیاس و …)
مفهوم ماتریس های معین مثبت و ارتباط (تعمیم) آن با تعیین علامت دبیرستان
مفهوم تبدیل فوریه سریه به زبان ساده: درونیابی ساده مثلثاتی و حجم محاسباتی (مرتبه N به توان ۳)، درونیابی با استفاده از ویژگی های خاص توابع مختلط نمایی (نتیجه حاصل حجم محاسباتی N به توان ۲ دارد)، تفرقه بنداز درونیابی درجه پایین انجام بده و آخر سر یه وصله پینه کن (حجم عملیاتی لازم N log N)
این یک نوشته خام است و در فرصت مناسب بازبینی و تکمیل خواهد شد.
سلام. من اصلا ریاضی بلاد نیستم. ولی حقیقتا اولین بار است که به این شکل مفاهیم ریاضی با مثال طبیعی ، تشریح می شود و قابل درک و فهم است و فکر می کنم اگر در مدارس با همین شیوه اقدام شود، یادگیری ریاضی بسیار شیرین و نسبتا ساده می شود و تحولی در درک ریاضی و امور مهندسی در همان اوان کودکی اتفاق می افتد. بسیار متشکرم