Matematika

Matematika (od grčkog mathema - znanost) je egzaktna znanost koja izučava aksiomatski definirane apstraktne strukture koristeći matematičku logiku.

O matematici; povijest i razvoj

Matematika se počela razvijati prije više tisuća godina (okvirno), još u doba starih Egipćana. Poslije se proširila u Grčku i grčko-rimski svijet. Osim toga, aktivno se razvijala u Kini i Japanu. Razvila se iz potrebe da se obavljaju proračuni u trgovini, mjerenja zemljišta i predviđaju astronomski događaji. Ove tri primjene mogu se dovesti u vezu s grubom podjelom matematike na izučavanje strukture, prostora i izmjena.

Fundamentalnu knjigu u razvoju matematike, "Elementi", je napisao Euklid. Knjiga ima 12 svezaka. Tu je prva knjiga pisana stilom koji je danas poznat kao (egzaktni) matematički:

definicija - aksiom - teorem - dokaz

Knjiga je zbog tadašnjeg nedostatka simbola pisana u potpunosti riječima, što danas, naravno, nije slučaj. Proučavanje geometrijskih prostora je, u pravom smislu te riječi, počelo kada je Euklid postavio svojih pet aksioma o prostoru. Takav prostor se danas zove euklidski prostor, no tokom mnogo godina su se razvili i neeuklidski prostori te još mnogi drugi. Matematika izniče gdje god se pojavljuju teški problemi vezani za veličinu, strukturu, prostor ili promjenu. U početku; trgovina i mjerenje zemljišta, kasnije; astronomija, a danas; sveopće. Matematika se uči u osnovnim i srednjim školama kao obavezan predmet. Također i veliki dio fakulteta ima obavezne i izborne matematičke kolegije. Godišnje se prijavi oko 200 000 novih matematičkih teorema; na raznim razinama znanja i stručnosti postoji preko 1600 časopisa koji objavljuju matematičke materijale. Današnja matematika je podosta napredna, u svim smjerovima, a ljudi koji se bave modernom matematikom su usko specijalizirani i nečesto bave stvarima koje su nemamtematičarima izvanrazumske. Ipak, postoje goleme primjene. Krajem četrdesetih godina prošlog stoljeća John von Neumann je procijenio da bi obrazovani matematičar mogao raspolagati oko 10% osnovnih znanja cijele matematike do tada poznate. Do danas se taj postotak značajno smanjio. Za razliku od rane, istočnjačke i zapadnjačke izolacije, današnja matematika je ujedinjena.

Gruba podjela matematike

Osnove matematike sadrže izučavanje strukture, prostora i promjenu.

Strukture

Izučavanje strukture počinje s brojevima, u početku s prirodnim brojevima i cijelim brojevima.

Skup prirodnih brojeva = N

Skup prirodnih brojeva i 0 = N₀

Skup cijelih brojeva = Z

Skup racionalnih brojeva = Q

Skup iracionalnih brojeva = I

Skup realnih brojeva = R

U = Unija (za skupove zbrajanje)

N U 0 = N₀

N₀ U negativni cijeli brojevi = Z

Z U razlomci i decimalni brojevi = Q

Q U I = R

Osnovna pravila za aritmetičke operacije su definirana u osnovnoj algebri, a dodatna svojstva cijelih brojeva se izučavaju u teoriji brojeva. Izučavanje metoda za rješavanje jednadžbi je dovelo do razvoja apstraktne algebre, koja između ostalog izučava prstenove i polja, strukture što poopćuju svojstva koja posjeduju brojevi.

Fizikalno važan koncept vektora i matrica se proučava u linearnoj algebri.

Prostor

Proučavanje prostora je počelo s geometrijom, prvo Euklidovom geometrijom i trigonometrijom u pojmljivom trodimenzionalnom prostoru, ali se kasnije proširilo na neeuklidske geometrije, koje imaju centralnu ulogu u općoj relativnosti. Moderna polja geometrije su diferencijalna geometrija i algebarska geometrija. Nadalje i apstraktni vektroski, unitarni, metrički i normirani prostori. Teorija grupa izučava koncept simetrije, i predstavlja vezu u izučavanju prostora i strukture. Topologija povezuje izučavanje prostora i izmjene fokusirajući se na koncept kontinuiteta.

Promjene

Razumijevanje i opisivanje promjena mjerljivih varijabli je glavna značajka prirodnih znanosti, i diferencijalni (infinitezimalni) račun je razvijen u te svrhe. Centralni koncept kojim se opisuje promjena varijable je funkcija. Mnogi prirodni problemi su vodili uspostavljanju veze između vrijednosti i količine izmjene, a pritom razvijene metode izučavaju se u diferencijalnim jednadžbama. Brojevi koji predstavljaju kontinualne veličine su realni brojevi, a detaljno izučavanje njihovih svojstava i funkcija je predmet matematičke analize. Zbog unutrašnjih, matematičkih, razloga uveden je koncept kompleksnih brojeva, koji je glavni predmet izučavanja kompleksne analize. Funkcionalna analiza je usredotočena na n-dimenzionalne prostore funkcija postavljajući time neke od primjenjivih osnova i za izučavanje kvantne mehanike.

Napomena

Radi razjašnjavanja i izučavanja osnova matematike, razvijena su područja teorija skupova, matematička logika i teorija modela.

Aritmetika daje važnost brojevima, algebra rješavanju jednadžbi, dok geometrija objašnjava osobine i odnose figura u prostoru. Matematika bi se mogla okarakterizirati kao čvrsto stablo u rastu; sa deblom, granama i lišćem.

Primjena matematike

Danas se matematika jako razvila i ima primjene u mnogo grana, kako prirodnih, tako i društvenih znanosti. Važna grana primijenjene matematike je Statistika (stohastička matematika), koja se bavi izučavanjem i predviđanjem slučajnosti i slučajnih pojava. Numerička analiza izučava numeričke metode izračunavanja, a diskretna matematika je zajedničko ime za više grana matematike koja se velikim dijelom koriste kao alati u računarskim znanostima. Razvijena je i matematička teorija računarstva, kao i niz drugih interdisciplinarnih grana.

Kategorizacija

Slijedi kategorizacija po nekim od istaknutijih grana matematike:

Veličine

$1, 2, 3\,\!$	$-2, -1, 0, 1, 2\,\!$	$-2, \frac{2}{3}, 1.21\,\!$	$-e, \sqrt{2}, 3, \pi\,\!$	$2, i, -2+3i, 2e^{i\frac{4\pi}{3}}\,\!$
Prirodni brojevi	Cijeli brojevi	Racionalni brojevi	Realni brojevi	Kompleksni brojevi

Počela i filozofija

$p \Rightarrow q \,$
Matematička logika	Teorija skupova	Teorija kategorija

Strukture

Teorija brojeva	Apstraktna algebra	Teorija grupa	Teorija redoslijeda

Prostor

Geometrija	Trigonometrija	Diferencijalna geometrija	Topologija	Fraktalna geometrija

Stanja, promjena, analiza

Matematička analiza	Vektorska analiza	Diferencijalne jednadžbe	Dinamički sustavi	Teorija kaosa

Diskretna matematika

$\begin{matrix} (1,2,3) & (1,3,2) \\ (2,1,3) & (2,3,1) \\ (3,1,2) & (3,2,1) \end{matrix}$
Kombinatorika	Teorija izračunljivosti	Kriptografija	Teorija grafova

Primijenjena matematika

• 

  Matematička fizika
• 

  Matematička teorija dinamike fluida
• 

  Numerička analiza
• 

  Optimizacija
• 

  Teorija vjerojatnosti
• 

  Statistika
• 

  Financijska matematika
• 

  Teorija igara

Matematika i ostale znanosti

Također se prilično često pokazalo da razvoj matematike ne mora nužno pratiti razvoj fizike ili neke druge "konkretnije" znanosti, to jest matematika se može razvijati "sama za sebe", a primjena onoga što se dobije već se nađe tokom godina razvoja drugih znanosti (primjeri za to nisu odviše jednostavni, ali, recimo, Riemannov prostor je jedan primjer za to - razvio se sam po sebi, a primjenu je našao tek u teoriji relativnosti)

Matematika u citatima

• "Ne bi li se muzika mogla opisati kao matematika osjećaja, a matematika kao muzika razuma? Njihov duh je isti. Tako glazbenik osjeća matematiku, a matematičar misli muziku. Jedna će pojačati osjećaj drugoj kad zasja ljudski um podignut u savršenstvo.", Vladimir Devidé

• "Matematika nije nipošto dosadna ili bez mašte, već naprotiv, poput plemenite djevojke koja uzvraća ljubav onom tko je voli i razumije", Vladimir Devidé

• "Svim ljudima nisu sve stvari potrebne, ali je račun ne samo svima nego i svakome jako potreban. Tko računati ili barem brojiti ne zna, mora se izbrisati iz broja svih ljudi, inače nema prijateljstva među trgovcima, ni ljubavi među susjedima, ni sluge u općini, niti pravednost u pravdi stalno stanovati može!", Platon

• "Matematika je simbol naše intelektualne snage i jamstva da će se ljudski um uvijek boriti za uzvišene ciljeve", Danilo Blanuša

• "Znanje kojem teži geometrija je znanje o vječnome.", Platon

Utjecajni matematičari

Stari vijek

Pitagora - Eratosten - Arhimed - Euklid

Srednji vijek

Brahmagupta - Al-Khwarizmi - Fibonacci

Novi vijek

René Descartes - Isaac Newton - Gottfried Wilhelm Leibniz - Pierre de Fermat - Évariste Galois - Joseph-Louis Lagrange - Pierre-Simon Laplace - Adrien-Marie Legendre - Augustin Louis Cauchy - Leonhard Euler - Charles Fourier - Arthur Cayley - Karl Weierstrass - Sofija Kovaljevska - Gösta Mittag-Leffler - Karl Friedrich Gauss - Lobačevski - Niels Henrik Abel - Richard Dedekind - Leopold Kronecker - Bernhard Riemann - William Hamilton - Sophus Lie - Georg Cantor - Felix Klein

20. i 21. stoljeće

David Hilbert - Henri Poincaré - Élie Cartan - Emmy Noether - Jacques Hadamard - Emil Artin - John von Neumann - Srīnivāsa Aiyangār Rāmānujan - Henri Lebesgue - Godfried Harold Hardy - John Littlewood - Brower - Felix Hausdorff - Kurt Gödel - Alonzo Church - Alan Turing - Alfred Tarski - Thoralf Skolem - Hermann Weyl - Sergej Soboljev - Anatolij Ivanovič Maljcev - Stefan Banach - Andrej Nikolajevič Kolmogorov - Lev Pontrjagin - William Hodge - Izrael Geljfand - André Weil - Henri Cartan - Laurent Schwarz - Harish-Chandra - Wilhelm Magnus - Paul Erdös - Abraham Robinson - Nicolas Bourbaki - Friedrich Hirzebruch - Benoit B. Mandelbrot - Samuel Eilenberg - Vladimir Arnoljd - Jean-Pierre Serre - Saunders MacLane - Norman Steenrod - Alexandre Grothendieck - William Lawvere - Lars Hörmander - Daniel Quillen - Sergej Novikov - John Milnor - Michael Artin - Pierre Deligne - Dennis Sullivan - Robert Langlands - Mihajl Gromov - Jurij Manjin - Alexander Beilinson - Vladimir Drinfeljd - Gerd Faltings - Saharon Shelah - Alain Connes - Edward Witten - Maxim Kontsevich - André Joyal - Vladimir Voevodsky - Michael Hopkins - Sasha Eliashberg - Grigorij Perelman - Terence Tao - Jacob Lurie

Utjecajni hrvatski matematičari

Marin Getaldić, Ruđer Bošković, Stjepan Gradić, Danilo Blanuša, William Feller, Svetozar Kurepa, Sibe Mardešić, Marko Tadić, Mladen Bestvina, Ivan Mirković

Izvori

• PMF, Matematički "odjel"
• Doživljaj matematike. P.J. Davis, R. Hersk, Elena Anne Marchisotto.

Vanjske poveznice

• Matematika