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有了这份高数秘笈,你还怕挂科?

超级数学建模  · 公众号  · 数学  · 2018-05-06 22:27

正文

渴望力量

就来吧


写篇贴,为大学生送一波助攻。


方法论:1,要把数学当成形象的学科来学。2,倒着学。



1

要把数学当成形象的学科来学


学习数学最忌讳的莫过于把数学当成抽象的数字游戏来学,到头来,不断埋怨着自己抽象思维不行,最终放弃数学。


大学有棵树,叫高数,很多人挂在上面。



你看,我们一代代人栽在微积分上面,学都学不懂,当年牛顿老爷子是怎么创立微积分的?牛顿是是神吗?当然不是,数学的开创并没有我们想象的那么不可思议。


先思考一下,数学是怎么产生的。当人们遇到一个问题,最终用了某种方法,把这个问题解决了,很棒。然后,把这种解决问题的方法和思想提取出来,于是就有了数学。为了给更多的人恩惠,就需要把这种方法整理成抽象的,严谨的数学理论,传递给他人,别人看完,学习到理论,然后去解决新的问题。


简而言之:


1,祖先遇到具体的实际的问题,解决问题,提取方法,整理成抽象的严谨的理论。

2,后人学习抽象的严谨的理论,利用这些理论去解决新的具体的实际的问题。


看出差别来了吗?祖先创立数学的时候,入手点是具体的实际的问题,很形象。后人们学习数学的时候,入手点是抽象的严谨的理论。这就是困难所在。


上图总结一下以上内容:



如果不理解,我再举两个例子吧。


1,牛顿小时候,姑妈完全不懂数学,就问牛顿,你有几个手臂啊?牛顿第一次接触到这个问题,伸出左边的,看了看,又伸出了右边的,看了看,告诉姑妈,我有两个手臂。姑妈满意了。


但是牛顿不满意啊,他想着让世界上所有的人都得学会这种理论,不然,人类太无知了。于是,他把自己的计算过程展示出来,左边1个,右边1个,加起来,等于2个。牛顿兴奋的发表了一篇论文:1+1=2


人们抱着这篇论文,日夜研究1+1=2这个公式,最后懵哔了,这特么什么鬼。功夫不负有心人,终于所有人搞明白了1+1=2。


明白了这个公式,人们知道了一个猴子加一个猴子等于两个猴子,一棵树加另一棵树等于两棵树……


然而,有一批学不会1+1=2的人气势汹汹的去找牛顿:你特么的装什么装,你直接告诉我一个手臂加一个手臂等于两个手臂不就得了?干嘛非得整个1+1=2,让人看不懂。


牛顿抽一口烟,缓缓说道:


抽象,是为了用途更广。我告诉你一个手臂加一个手臂等于两个手臂,你也就只知道这个。如果我告诉你1+1=2,你学起来很困难,但是你一旦学会了,就立刻明白了一棵树加一棵树等于两棵树,一个猴子加一个猴子等于两个猴子。


严谨,是为了保证传播的更准确,免得以讹传讹。有人看了我的理论,就说:一棵树加一片森林等于两棵树。这显然是错的,所以,我必须得说很多话,保证严谨。

众人退去。


2,牛顿当年在解决天体运动,验证开普勒定律的过程中,创作出了一首《微积分之歌》,非常伟大的一首歌,无奈,没有录音机,没有播放设备,为了传播这首歌,他把这首歌写在了纸上,有歌词,有旋律,有节奏,有休止符,有五线谱,还有一系列的线和点……于是《微积分之歌》的谱子,流传下来,谱在歌在。


我们进入大学,学习《微积分之歌》,老师上课就开始讲基本的乐理知识,整天都是教你打拍子,教你什么叫G大调,教你什么是四三拍……你整个人都不好了,根本就不知道老师在跟你说些个啥。


正确的学习微积分的姿势是:所有的数学都是从实际中抽离出来的抽象的东西,别钻进去,你要联想到实际应用,首先理解,再去扣理论。


举个例子(原谅我喜欢举例子,因为举例子能把话说清楚,你高数学不会就是因为你老师不给你举例子)


来来来,映射和函数的定义:


看看数学书上是怎么定义的。


映射:设X,Y是两个非空集合,如果存在一个法则 f ,使得对X中每个元素x,按法则 f,在Y中有唯一确定的元素y与之对应,那么称 f 为从X到Y的映射,记作 f:X→Y,其中 y 称为元素 x (在映射 f 下)的像,并记作 f(x) 。而元素x成为元素y(在映射 f 下)的一个原像;集合X成为映射 f 的定义域,X中所有元素的像所组成的集合称为映射 f 的值域。


函数:设数集,则称映射 f:D→R为定义在D上的函数,其中x称为自变量,y称为因变量。


就问你,刚开始没接触过函数的时候,直接看到这俩定义怕不怕!


拗口,抽象。越把自己陷进去,越看不懂。


怎么办?


如果我要这么跟你说,你肯定就懂了。而且理解的会很深刻。


函数英文名好像叫function,功能。好了,函数的实际的具体的形象的含义就是一个具有某种功能的机器,放入一只猪,生产出一个火腿肠。映射就是这台机器的内部工作原理


找到了这个类比,你就明白了:


原材料就是定义域:这台机器里面你只能塞进去猪,不能塞牛,或者马。


产出就是值域:这台机器你只能产出火腿肠。


你塞进去一头猪,产生一个火腿肠,塞进去不同的猪,产生的火腿肠可能一样大,也可能不一样大,但是,对于任意一个火腿肠,只可能有来自于某一头猪,不可能来自好几头猪。


何为真正理解,不是能记住概念,而是反推概念。你把函数想象成加工火腿肠的机器,再倒回去看函数与映射的概念,是不是很轻松就理解了?


所以,学习微积分的过程中,不要仅仅局限于抽象拗口的定义定理中,要多找一些例子加深自己的理解。


你可能会有疑问:我是初学者,对微积分没有任何了解,我怎么才能找具体的例子呢?


问得好!下面我来说说第二点:倒着看。


2

倒着学


有个很有意思的现象,大家也都知道,中式思维和西方思维的差别。中式思维的特点是:在表达某一个关键词之前,喜欢不断的加定语来铺垫,经过一连串的修饰,最后才讲出最关键的部分。但是西方思维呢,特点是简单直接,先说出最关键的信息,然后再不断补充。


中式思维:微积分是有趣的,实用的,有一定难度的,奠定近代工业基础的,学科。

西方思维:微积分是一门学科,that实用的,that有趣的,that有难度的,that奠定了近代工业基础。


两者的区别在于,第一种表达方法中,出现“学科”这俩字之前,一直处于一种迷茫的状态,根本没有清晰的整体的逻辑结构,很容易迷茫。第二种表达方法中,一开始就立刻写明了这句话最核心的内容,最整体的结构,学习起来不容易迷茫。


绝大多数教科书,都是按照中式思维的逻辑编写,先讲一堆基础的知识,做一些铺垫,最后才讲最关键的部分。按理说,降到最后关键部分的时候,学生应该恍然大悟才对,但实际情况往往不是这样,因为学生已经在前面的铺垫中迷失了自己。


按照这种逻辑学习,又赶上老师上课喜欢照本宣科的话,大部分学生半途就学不懂了,真正坚持到最后的人,也仅仅是会做题罢了,鲜有能够真正领会微积分真谛的。



工程师教一帮小弟盖一个大楼。有两种方案。


方案一:工程师命令小弟去搬砖,小弟们日夜刻苦搬砖,按照工程师的引导砌砖,两个月以后,终于有了地基的模样。而此时的小弟们,已经有很多人迷茫了,因为他想学盖楼,结果每日搬砖。另外一半还在坚持的小弟,虽说没有放弃,但是一直处于无感的状态。第三个月,继续命令小弟搬砖……对于这帮小弟来说,他们不是在学盖楼,只是在按照要求搬砖。他们搬砖搬的很迷茫。


方案二:工程师动员小弟们,我们要盖一座这样的大楼,小弟们看到大楼的效果图,异常兴奋。工程师问小弟们,我们要盖这样的大楼应该先怎么做?“先修地基”然后呢?“修一楼,再修二楼……”很好,修地基应该怎么修呢?“搬砖!”好,那就去搬砖吧。按照这种方案,小弟们脑海了始终有一个清晰的逻辑:想盖楼,先修地基,再修一层,二层……修地基需要搬砖,修一层也需要搬砖,但是搬砖与搬砖还是有区别。小弟们每天干的热火朝天。

啰嗦这么一大堆无聊的例子,无非就是想表达一个理念:倒着学。


微积分的核心是解决诸如:位移=速度*时间,当速度连续变化的时候,如何准确的求解位移。首先学习这块知识,学完就会理解微积分是干什么的了。当然,学完这块肯定会有所疑问:如何验证积分的科学性。那就再去看看极限和微分,因为极限和微分是支撑定积分的依据。学完极限和微分,你可能还有疑问:极限是如何推导来的?答案是函数和数列。再去看看函数和数列。


看完这些,就会对微积分有一个清晰的网络结构,逐本溯源,不断反问,会令你有更深刻的体会。


本文作者:陈二喜,北京大学航空航天系博士在读。性别男,爱好玩,二旬老汉,博士前,颐和园路捉过鬼,北海公园划过船。


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