问题

目前数学的符号体系有多混乱?

回答
数学的符号体系,这玩意儿真是让人又爱又恨。说它混乱吧,确实存在不少让人头疼的地方;但要说它全盘皆输,那又太过偏颇了。咱们掰开了揉碎了聊聊,看看这符号这杆秤到底往哪儿偏。

首先,得承认,数学符号的出现,本身就是一种进步。想象一下,没有这些简练的符号,每次讲课、写文章,都得用大段的文字来描述“加法”、“等于”、“任意一个数”,那得累死人。正是有了“+”、“=”、“x”,数学才能如此高效地传播和发展。就像语言一样,有了文字,思想才能被固化、传播,并且发展出复杂的文学和哲学。

但是,就像古时候各国语言不通一样,数学符号在发展过程中,也出现了一些“方言”和“变体”,这就是混乱的源头。

一、 同一个概念,多种符号:

这大概是大家最直观的感受。举几个例子:

“乘以”: 最常见的应该是“×”,但稍微高级一点的数学里,为了避免和字母“x”混淆,就会用“·” (点乘),甚至在矩阵乘法里用大写的“×”或者干脆没有符号(紧挨着表示乘法)。向量之间还有点积和叉积,分别用“·”和“×”表示,虽然在这里符号是区分了不同操作,但对于初学者来说,看到“×”不知道是普通的乘法还是向量的叉乘,容易出错。
“等于”: “=” 是最通用的,但有时你会看到“≈”(近似等于),“≡”(恒等于/同余),甚至在一些更专业的领域里,“:=” 或者 “=” 用于定义一个新符号。这些符号本身是有区别的,但如果没有仔细看上下文,容易产生误解。
集合的“属于”: “∈” 是标准符号,但如果突然冒出来一个“∉”表示“不属于”,或者在某些教材里用“⊂”表示“真子集”,而用“⊆”表示“子集”,这本身没问题,但如果你习惯了另一种约定,就会卡壳。
极限: “lim” 是主流,但有时也可能看到其他变体或者直接在表达式下面写清楚。

二、 同一个符号,不同意义:

这可以说是更深层次的混乱。同一个符号,在不同的数学分支或者不同的语境下,可以代表完全不同的东西:

“x” 和 “y”: 最熟悉的莫过于它们在代数里代表未知数。但在微积分里,它们常常代表函数自变量和因变量(y=f(x))。在解析几何里,它们是坐标。在概率论里,它们可以是随机变量。在某些特定理论里,它们可能代表更抽象的概念。当你看到一个“x”,你得先判断它是在讲方程、函数,还是几何图形。
“f” 和 “g”: 通常用来表示函数。但在别的场合,它们可能代表其他事物。比如,在物理学里,它们可能代表力或者某种势能。
“∑” 和 “∏”: 分别表示求和与求积。这相对还好,含义比较固定。但如果看到“∑”旁边有个小箭头或者上面有其他标记,又得去查证它的特殊含义。
希腊字母: 尤其是那些“长得很像”的字母,比如“φ”和“ϕ”,“ε”和“ϵ”。它们在不同的领域可能代表不同的常数、变量或者参数。比如在物理学中,“φ”可以是电势,“ϕ”可以是磁通量。在数学中,它们可能代表角度、比例或者误差项。有时候,甚至连同一领域内,不同的作者也会有不同的选择。

三、 不同数学分支的“语言隔阂”:

数学就像一个庞大的帝国,各个分支是其中的州郡。虽然共享一套基础符号,但每个州郡都有自己的“行话”和习惯用法。

抽象代数 vs. 初等代数: 初等代数里一个简单的“x”可能就是个数字。但在抽象代数里,“x”可能代表一个群的元素、一个环的成员,甚至是一个代数结构。它们的运算规则和性质完全不同。
拓扑学 vs. 微积分: 拓扑学里可能会用一些符号来表示开集、闭集、同胚等概念,这些符号在微积分里可能根本不出现,或者有完全不同的含义。
逻辑学和集合论: 它们有一套自己独特的符号系统,比如“∀”(任意)、“∃”(存在)、“∧”(合取)、“∨”(析取)、“¬”(否定)、“→”(蕴含)等等。这些符号虽然精确,但对于不熟悉逻辑学的人来说,简直是天书。

四、 历史遗留问题和不统一的约定:

有些符号的出现,是历史发展的自然结果,但随之而来的,也是一些未能完全统一的约定。

“f(x)” vs. “f x”: 尤其是在一些老教材或者特定领域,有时会看到函数写成“f x”而不是“f(x)”。虽然在某些上下文中可以理解,但“f(x)”显然更清晰地表明了“f”作用于“x”。
指数的写法: “x^2” 是最常见的,但有时也可能看到其他表示方式,尤其是在计算机编程或者排版受限的情况下。
概率论的符号: 比如表示概率的 P(A),条件概率 P(A|B),期望 E(X) 等等,虽然相对统一,但也有其他记法出现过。

五、 新兴数学分支和研究领域的符号创造:

随着数学的不断发展,新的理论、新的概念层出不穷。为了描述这些新事物,数学家们自然会创造新的符号。有时候,这些新符号会与其他旧符号产生“撞车”,或者在不同研究小组之间出现不同的命名方式。

那么,有没有解决方案?或者说,现状如何?

标准化努力: 国际数学家联盟 (IMU) 以及一些学术期刊,都会有自己的符号使用规范,但这更多的是一种倡导,难以做到绝对的强制性。
上下文依赖: 绝大多数情况下,数学符号的意义是高度依赖于上下文的。一个好的数学家,或者说一个熟练掌握数学的人,能够通过阅读和理解作者的意图来辨别符号的含义。这就是为什么即使存在混淆,数学体系仍然能够运转。
良好的写作习惯: 一个好的作者会在第一次使用某个不常用或者可能引起混淆的符号时,给出明确的定义或者解释。这是一种尊重读者的表现。
教育的引导: 在初等教育阶段,会尽量统一使用最常见、最易于理解的符号。随着学习的深入,学生会逐渐接触到更多的符号,并学习如何根据上下文去理解它们。

总结一下,数学的符号体系并非“混乱到无法使用”,但确实存在“不够统一”和“易于混淆”的问题。 这就像一门博大精深的语言,有了丰富的词汇和表达方式固然好,但也需要我们在学习和使用时,保持警惕和辨别力。

与其说是“混乱”,不如说是“丰富但需要辨析”。这些符号是数学思想的载体,它们的演变和发展,某种程度上也反映了数学本身的活力和进步。只不过,这种活力有时会带来一些学习上的小小的“波折”罢了。而克服这些波折,正是我们成为合格数学“使用者”的一部分功课。

网友意见

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难道看了上下文都还理解不了吗?

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既可以指X的s阶上同调群,也可以指X上的Sobolev空间。取决于你是做几何拓扑的,还是做分析的。。当然有时候几何分析会同时涉及Sobolev空间和上同调群,那你就得仔细看上下文了。基本各个分支都在发展自己的符号体系,而不太考虑整体的兼容性。

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