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数学系课程中,《解析几何》到底有什么用? 第1页

  

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谢邀。

没啥用。美国大学数学系没见过几个把Euclidean geometry列为数学专业毕业要求课程的。国内必修解析几何应该是继承了前苏联传统,然后又不想改。你去看看解析几何习题集,比较老的那种都有很强的前苏联特色,技巧性强,跟吉米多维奇的风格差不多。

解析几何能够为后续的微分几何(古典曲线曲面论)提供一些计算的例子,不过也没必要专门花一学期学。好的曲面论的书,应该能让一个学过微积分线代的人就直接上手,do Carmo那本Differential geometry for curves and surfaces应该不错。

说起解析几何,我们这届有几个大部分数学专业课拿A的学霸,就栽在解几上了,可能拿了C。因为解几考试题就是计算量大,繁杂,跟你的概念理解能力关系不大。这几个学霸有些也栽在另几门课上了,比如数学模型,或者基础物理实验。不过现在这几个人做学术的除了做纯数的以外也都找到了不错的位子,去业界的也都去了很好的公司,发展都不错。所以你看,解几真的没影响。做纯数的做的不好,这倒是另外一码事,跟解几没关系。。


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解析几何,是几何,是解析的几何。

就分析方向而言,数学分析是分析类课程的基础,一切分析类型的问题几乎都在数分中有对应的原型。分析类的学科总的来说基本研究方法就是收敛,在各种空间中的各类收敛。这是站在分析的角度去辐射所有数学方向。

国内数学本科教育比较侧重分析方向的教育(受苏联的影响,个人体会很深),学生需要花费大量时间学习分析的课程,而代数、几何、概率则以一种类似分析方向的辅助一样的角色而存在,说解析几何不重要,我觉得多多少少是受到「分析中心主义」想法的影响。

你完全可以换位思考「几何中心」,从几何的发展去理解其他学科。几何是数学之母,数学成为一个精密系统的标志就是《几何原本》。几何对于数学而言是本质的,无所不包的,任何数学问题的来源几乎都有几何背景(正如代数以及其他方向一样)。解析几何、拓扑学、微分几何、代数几何……几何方向有他自己的发展脉络,这和数分之于分析方向是一个道理。

解析几何的教学方式确实可以讨论一下。解析几何对学高代帮助很大,事实上有些课本就是将两者结合起来讲。

线性代数就是为解析几何而生的,两者的关系本就水乳交融:超平面之间的交集,导出线性方程组,于是就引入了矩阵;二次曲面的标准化处理,引入了正定矩阵的一系列技巧,分析也沾了光(在求极值问题Hessian矩阵便是)。在学习高等代数乃至是多元回归分析的时候,我的同学基本都处于懵逼的状态,因为他们不知道几何背景,所以只能靠死记硬背。几何的力量,就是一览众山小,你可以看到所有孤立的山峰其实都是起伏的山脉的一部分,你知道从哪里来到哪里去,几何可以快速让你确定研究方向

数学家的品味是一点一点熏陶而成的,几何学家对几何的感觉就需要解析几何等这样的课程的滋养。几何最终的目标就是研究分类,这与克莱因的不变量理论是等价的,不变量就是分类的标志。几何的不变量可能是一个数(判别式),也可能是一个群(基本群)……几何的分类一旦成功,这将是一劳永逸的工作,是精美的艺术品,是数学家一生成就的美丽标志。

以上是一位「几何中心主义者」的发言。


当然说数学分析仅仅属于分析方向有失偏颇,事实上数学分析也有大量几何的内容,众所周知菲砖无所不包。

陈省身在南开授课就有一个简要的微积分讲义,就十分「几何中心」,你以为的微积分的画风是极限、连续、导数、积分……而陈的讲义写的是曲面基本形式、外微分stokes公式、Gauss-Bonnet定理……

你一定会惊呼:一定是我打开的方式不对。其实数学分析本身就有很多种打开的方式。


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第一次讲解析几何,所用教材:《解析几何》吕林根老师,许子道老师,第四版。讲过一个学期的感受(用处方面):

1,为《微分几何》做简单铺垫(仅体现在“向量函数”这个概念,但在本课程里,似乎不如坐标式参数方程更容易被接受);

2,第二章和第四章许多处理手法略显无厘头,这些看似“空降”的内容,实际上介绍了一些解析几何的处理手法,个人感觉,像是你学会了某种棋类的走子规则和杀招,作用是你能“赢”几局(也就是用无厘头手法成功处理特定几何问题。当然,给数学系学生讲,讲明来由,又尽可能让内容系统化,也花了一定时间——毕竟俺是菜鸟青椒,研究方向也没接触太多的几何学);

3,第三章空间的平面和直线,不管数学还是非数学专业,都是要求掌握的,不同的是内容量和知识构建;

4,二次曲线和曲面部分,与其说分类思想和结论本身很重要,倒不如说以分类主题为引子观赏矩阵和行列式“唱戏”是更为突出的用处。只可惜大部分解析几何教材(甚至包括《高等代数与解析几何》教材)都没能在理论推导中很好使用矩阵(原因是学过高代二次型章节,并能熟练使用矩阵以后,才会使矩阵处理不显生硬),以至于讲课时我只能像个老司机带着不懂驾驶的乘客们在二次曲面和曲线的乐园里兜风,比起严格遵循课本的“跋山涉水”可能无论对初学者还是讲授者都会留下比较愉悦的感受吧;

5,也基于上面一点,所以强烈建议学过高代以后再刷一遍几何里二次曲线和曲面章节,感受矩阵的削铁如泥,无论是对矩阵使用的快感,还是对二次型章节的直观理解,都能起到很好的作用;

6,再说个题外话,数学有啥用?事实上每一门数学课程的用处本身都可以成为一门独立的课程,问题过于庞大,历史也过于漫长。但是有一个共通的用处恐怕很难写进学术文献或者数学类(甚至数学史)的教科书,但它确实存在于每一位数学工作者的心中,那就是——数学使人快乐,使人浪漫而深邃。

以上仅为一个数学系小青椒(刷过绿漆的老学长~o.-)对解析几何半年教龄的一点感受层面的粗浅随记,至于真正让人获益的用处,还是需要多联系其它课程,一旦你在其它课程里也发现了解析几何的影子,它的用处就已然实现了,即便到时候可能说不出也意识不到。




  

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