数学抽象的三个阶梯:大部分人都卡在第二阶

宝妈丽丽在修行
宝妈丽丽在修行
2025-03-07 20:21:47
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育儿领域创作者

一、抽象

数学是抽象的——大家都知道。

凡是抽象的都很难搞。

举个最常见的例子:

一个女人对一个男人说“我要你对我好”,这个【好】就是一个非常抽象的东西。

它不具体——我有什么样的表现算是对你好?

你给我罗列一下嘛,如果你光说对你【好】,这个好到底什么呢?

罗列之后照做了,还是不行,因为没有完整体现女人心中的【好】。

男人,琢磨不透。

努力也不是,不努力也不是。

迷茫。

像极了面对数学题的人。

这就很抽象,把握不住了呀。

如果类比的话,这属于数学的第二阶抽象——

【好】是一个想象中的概念,但它又切实横亘再我们之间。

不好具体出来,哪怕真的具体了,找了一个模型,又不是那么回事。

二、第二阶抽象

数学中这种概念非常多,无穷就是一个。

无穷大无穷小,谁见过呢?

生活中怎么可能有?

遇到这样的问题如何处理呢?

想想就很烧脑。

又不能不面对它,因为它在现代数学中举足轻重。

还有完美的圆、无线延伸的直线、虚数、无限不循环的小数、 理想元素(在代数中,理想是一种特殊的子集,它在环论中扮演重要角色,但它们不是具体的数字或对象。)、拓扑空间(一个集合,其上的点之间有一种“邻接”关系,这种关系在现实世界中没有直接对应。) 群、群论、零测集、四元数(在三维空间的旋转中有应用,但它们本身并不是现实的直接表示。)代数闭域、同调群、张量积、黎曼曲面、希尔伯特空间……

我不想说了,有兴趣可以在留言区列举,我已经头大了。

学数学,没有想象力,脑洞不够大,是学不好的。

入门级的无穷,当时我就理解不了——

总拿有限的思维去套它,结果我就学不好。

到三维空间、三维坐标后,脑子就不够用了。

三维你还能在现实中找到对应,四维呢?五维呢?

实数还行,虚数呢?复平面呢?复平面加上向量来回变换呢?

这些是什么东西?!太抽象了吧!

如果我们见着实物,理解起来就没有这么难。

一切都在想象中,在数学共识里。

如果你没有脑力加入这个共识,你就不知道这是什么玩意儿。

所以说,到这一步,大部分人都卡住了。

高中数学最难的部分就是微积分。

因为有切线、无穷小、区间、单调性这些抽象概念。

而不等式、立体几何、三角函数、圆锥曲线这些,你现实中没见过,最起码能找到参照物——也就是说你能从具体的东西中抽象。

比如正弦,你可以画个三角形,画个坐标系,这样你就知道什么是正弦了。

也就是说,没有实物,再不济,咱还可以动手画个图帮助理解、做题,可微积分呢?

什么叫接近于无限小,

什么叫单调区间,

为什么还要有双重导数和积分?

它们只存在于运算里。

如果这部分要卡人,是相当恐怖。

所以大部分人到这一步就阵亡了。

如果你觉得这就已经很难了,那么你还没有见识过第三阶的抽象——

抽象概念之间的运算。

三、第三阶抽象

你可能理解无穷大,无穷小。

但是无穷大无穷小之间怎么运算呢?

什么?!它们之间还能运算?

是的。

一个无穷大除以一个无穷大。

一个无穷大加上一个无穷小。

一个无穷大除以一个无穷小。

一个无穷小除以一个无穷小。

一个无穷大乘以一个无穷小。

一个无穷大加上一个无穷小。

两个无穷大相加,结果如何。

……

不要自以为是,你以为的不是你以为的。

一个无穷大除以另外一个无穷大得到的并不是1,你要看它们是不是同阶;

有时候你觉得是同阶了,要看是不是初等函数,洛必达法则不能随便用;

一个无穷大加上一个无穷小,并不一定还等于无穷大,还要分开讨论;

一个无穷小除以一个无穷小,有可能得到无穷大,好反直觉的存在……

是不是晕了。

这还是高等数学的初级阶段。

上面是题目,下面是答案。

(高等数学入门书籍)

本来理解概念就很难了,你还要抽象出它们之间的运算规则。

概念是单独的,清清爽爽的。

运算是网,上面挂满了各种概念,它们之间的互动,实在是复杂。

他爱她,她不爱他,她爱上了他弟弟,他弟弟死活不接受这份爱,于是她就找了另一个他,另一个他却爱上了原来的他,原来的他还在苦苦等待她,在她快要回头的时候,另一个她却出现了,三个他同时把目光投向了她。

一个函数推出另一个函数,另一个函数却总找第一个函数的小弟,小弟不太搭理它,跟它的搭配很少。这个函数就挂着第三个函数,第三个函数却总找第一个函数一起出题,可第一个函数遇到自己推出的另一个函数才是大招,就在被第一个函数推出的另一个函数要回归的时候,第四个函数出现了,于是第一,小弟,第三,这三个函数就一起跟第四绑定来个大题……

一个函数推出它的导函数,导函数总和斜率、切线同时出现,组成容易得分的甜蜜题目。单独的时候切线斜率不会主动跟导函数搭,它希望跟圆锥曲线一起搞事情,这样显得比较友好一些。可圆锥曲线要加难度,它倾向于跟第一个函数结合,第一个函数说跟你的难度不如跟我的导函数一起搞区间运算。导函数感动了,终于要回来找它的时候,复合函数来了,大家都被它收编了,于是我们看到:下面的题目。

细品,是不是这么回事。

抽象下的关系推理,才是最难的抽象。

理解抽象概念就是建立一个人物,比如甄嬛——像皇上前妻的美貌女孩,我们还是能想象的。

抽象下的关系推理就是写出《甄嬛传》——女孩在后宫跟其他角色斗智斗勇,需要变态级的想象力和对人情世故的洞察。

难度根本不在一个级别上。

别说高等数学之间的抽象运算了,单是高中数学概念之间的运算已经令任汗毛直立了。

你要问这东西怎么学呢?我也不是很清楚。

有的人就是无师自通。

有的人需要反复去感知,一段时日后掌握——比如我,当初没学明白,但后来我认真琢磨,这么多年也有所获。

有的人无论如何努力,脑子里都开辟不出来一条神经回路。

中间这种人,可不可以成为我们努力的目标?

可以。

只是时间比较久——我现在的学习没有人给我一个deadline。

在k12教育体制下,追求效率,给你3年时间,把这些玩明白。

时间有限,任务很紧,不是你不行,是系统不允许。

我只能劝这个阶段的孩子,尽力而为,找个好老师。

如果你熬过高考到了人生不那么紧迫的阶段,想要继续学数学,关注我,长路漫漫,我们一起。

问题是,好多人需要的不止三年。

好多老师比学生强,他们是把这点内容反复搞几十年的结果。

好了,不说绝望的了,我们说简单的,第一阶的抽象,这是大部分人都能做到的。

四、第一阶抽象

第一阶抽象,就是从实物抽象出来的数学。

比如从水果或者石头,或者牛的数目上,抽象出数字。

从大自然的形状中,抽象出对称、螺旋、圆和方等。

这些都是在实物的基础上类比,相对来说容易一些:

我们从实物中感知,抽象出一个数学模型;

然后把这个模型普遍化,运用到相似的实物中。

小学生的加减法——摘了3个苹果再摘4个苹果,一共摘了几个苹果。

可以用实物演示,然后再符号化,写出3+4=7.

如果我们更进一步,加法之间好像可以有很多变化。

2位数、3位数、大数、乘法、交换、结合……好嘛,这又开始抽象之间的运算了。

这些运算还比较好说,因为概念不难,如何运算还可以用实物演示。

慢慢地,到高中,就不是那个味儿了。

等于说:从第一阶的抽象开始,人类不断运算思考,把自己带到了更深的概念面前,然后再接着运算思考。

虽然运算思考穿插其中,但你需要明白,它就是最难的部分!

知道1,2,3相对容易,明白1,2,3之间如何运算很难。

到这里总结一下:

第一阶抽象还是有实物参考的,没有实物最起码可以把图画出来;

第二阶抽象没有实物,单是想象这样的存在就已经很困难了;

第三阶抽象是种硬实力。

有人的实力帮他走到初中,有人的实力帮他走到高中,有人帮他走到【菲尔兹奖】。

这就是我的思考。