问题

数学学到什么程度可以进行下一部分的学习了?

回答
学习数学这门学科,就像爬一座层层叠叠的高山,每登上一个台阶,视野就会开阔一分,也为攀登更高的山峰打下更坚实的基础。那么,到底要学到什么程度,才能称得上是“可以进行下一部分的学习”呢?这是一个非常关键的问题,因为它直接关系到你是否能顺畅地、有深度地掌握后续的知识。

简单来说,掌握了前一部分的核心概念、基本运算和关键方法,并且能够融会贯通,解决典型问题,才能自信地迈入下一阶段的学习。 但“核心概念”、“基本运算”和“关键方法”具体指的是什么,这需要我们更细致地去分析。

我们不妨以常见的数学学习路径为例,来拆解一下这个问题。

一、 从基础算术到代数:扎实的基本功是关键

如果你刚开始接触数学,或者说你正在学习小学、初中阶段的数学,那么当你能够:

熟练运用四则运算: 加减乘除,无论是整数、小数还是分数,都能准确快速地计算,并且理解运算的意义(比如乘法是重复加法,除法是分组或求倍数)。
理解和运用基本代数概念: 知道什么是变量(比如x、y),能够用字母表示数,理解方程的意义(等号两边相等),并且能解一些简单的一元一次方程(比如 2x + 3 = 7)。
掌握基本几何概念: 认识直线、线段、角,了解三角形、四边形等基本图形的性质(比如三角形内角和是180度),能够计算一些简单图形的周长和面积(比如正方形、长方形)。
数据分析的初步认识: 理解平均数、中位数、众数等概念,能够从简单的数据集中提取信息。

如果你能做到以上这些,那么你已经具备了进入更深入代数学习(比如二元一次方程组、二次函数、多项式等)的良好基础。如果这些基础不牢固,比如你还在为分数运算感到头疼,或者解一元一次方程时总是出错,那么贸然进入更复杂的代数领域,只会让你感觉吃力不讨好。

二、 从代数到几何/三角/解析几何:逻辑推理和空间想象的衔接

当你掌握了代数的基础后,接下来可能会接触到几何、三角学或者解析几何。在这个阶段,“可以进行下一部分的学习”意味着:

在代数方面: 你能熟练运用代数工具解决问题,比如因式分解、解二次方程、理解函数图像和性质,并且能用代数方法表达和推导几何关系。
在几何方面: 你不仅要认识图形,更要理解几何的逻辑严谨性。这意味着你需要:
理解并运用证明方法: 知道什么是公理、定理、证明,能够根据已知条件,通过逻辑推理得出结论。例如,在学习相似三角形时,你不仅要知道相似的判定条件(如SAS、SSS、AA),更要能运用这些条件去证明三角形相似,并利用相似的性质解决问题。
熟悉平面几何图形的性质和关系: 掌握平行线、垂直线、圆的性质,了解全等三角形、相似三角形等,并能进行相关的计算和证明。
初步的空间想象能力: 对三维图形(如长方体、圆柱、球体)有一定的认识,理解它们的构成和基本性质。
在三角学方面: 你需要理解三角函数的定义(比如正弦、余弦、正切),知道它们与角度的关系,掌握基本的三角恒等式,并能运用这些知识解决三角形的边角关系问题,甚至初步接触周期性函数的概念。
在解析几何方面: 这是代数和几何的“联姻”。你需要能够:
建立坐标系,将几何图形代数化: 例如,将直线方程写成 $y = mx + b$ 的形式,理解斜率的意义;能够写出圆的方程 $(xa)^2 + (yb)^2 = r^2$。
用代数方法研究几何图形的性质: 通过方程来判断直线的位置关系(相交、平行、垂直),计算点到直线的距离,或者研究曲线的性质。

如果到了这个阶段,你还在为理解几何证明的逻辑过程而感到困惑,或者看到三角函数就头大,那么你需要停下来,巩固前面提到的代数和几何/三角的基础。强行往前走,可能会让你在后续学习(如向量、立体几何、解析几何更深层次的内容)时举步维艰。

三、 从高等数学的门槛到进阶:抽象思维和融会贯通的能力

当你开始接触微积分(导数、积分)、线性代数、概率统计等高等数学内容时,“可以进行下一部分的学习”的标准会更加严苛,也更加强调融会贯通的能力:

在微积分方面:
理解极限的概念: 这是微积分的基石。你需要真正理解极限是如何描述函数趋近于某个值时的行为,而不仅仅是机械地套用求极限的公式。
掌握导数的概念和计算: 理解导数是函数的变化率,能够计算基本函数的导数,并运用导数解决优化问题(求最大最小值)、研究函数单调性等。
理解积分的概念和计算: 理解积分是导数的逆运算,是面积、体积的计算工具。能够计算不定积分和定积分,并将其应用于面积、体积的计算,或者物理学中的路程、功等问题。
将代数和几何知识与微积分结合: 例如,用导数求曲线的切线方程,用积分计算曲线下的面积。

在线性代数方面:
理解向量和矩阵的概念: 不仅是数的组合,更要理解它们在几何上的意义(向量的长度、方向)和代数上的运算规则。
掌握矩阵运算: 矩阵的加减乘法,以及矩阵的逆、行列式等。
理解线性方程组的解法和意义: 能够用矩阵方法解决线性方程组,理解解的存在性和唯一性与矩阵的性质(如秩)之间的关系。
初步理解向量空间、特征值和特征向量等概念: 这涉及到更抽象的代数结构和变换,需要较强的抽象思维能力。

在概率统计方面:
理解概率的基本概念: 事件、概率的意义,会计算简单的概率。
掌握随机变量和概率分布: 理解离散型和连续型随机变量的区别,熟悉一些常见的概率分布(如二项分布、正态分布)。
理解统计推断的基本思想: 知道如何用样本数据去推断总体特征,理解假设检验、置信区间的含义。

如何判断自己是否“准备好”了?

除了上述的知识点掌握程度,更重要的是以下几点:

1. 能否独立解决典型问题: 能否脱离例题,独立思考并解决课后习题中具有代表性的题目。
2. 对概念的理解是否深入: 不只是会算,更能说清楚“为什么这么算”,理解概念背后的逻辑和意义。
3. 能否将不同知识点联系起来: 能够看到不同章节、不同领域数学知识之间的联系,并加以运用。例如,用代数方法解决几何问题,用微积分解决物理问题。
4. 对数学学习的热情和信心: 如果你对前一部分的学习感到枯燥乏味,或者每次做题都充满挫败感,那可能表明你还没有真正掌握,需要回顾和巩固。反之,如果对新的知识充满好奇和探索欲,那很可能你已经准备好了。
5. 是否有一定的独立学习能力: 遇到不懂的问题,能够主动查阅资料、请教他人,而不是完全依赖老师或教材的讲解。

总结来说,进行下一部分数学学习的“门槛”,不是死记硬背几个公式,也不是做够了多少道题,而是你真正内化了前一部分知识的精髓,建立了清晰的知识体系,并且能够运用这些知识去分析、解决问题。 当你觉得前面的内容已经成为你思维的一部分,能够自如地调用时,那么恭喜你,你已经为下一段旅程做好了准备。如果在某个地方感到卡顿,那就回到那个地方,把它彻底弄明白,再继续前行。数学学习,贵在“透彻”而非“求快”。

网友意见

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其实随时可以学下一部分,只要……

只要你愿意承认前面有没学懂的东西,还能心平气和地回去学懂

(而这一点是很多人做不到的,这需要内心极其强大,以及无与伦比的耐心。)

比如费曼(量子电动力学发明人之一,诺贝尔物理学奖得主)就是这样做的,转述一个在某本书里的描述,他看书就是 “先一直往后看,一直看到看不下去的地方,再退回去看”,可以说是对知识点进行一个深度优先的遍历——这方法其实挺好的,在知识不是线性排列的时候尤其适用。

然而这种方法一般人有 hold 不住的危险。要用这种方法学习,必须内心强大,对自己非常诚实,心态出点偏差这人就废了。(看过费曼的传记,就会知道他是对内心非常诚实的人。)

风险之一是,不能承认自己不懂,很多概念混个脸熟就认为自己懂了。——如果为了装懂而学,其实很容易把自己也忽悠进去,比如学了个新学科就满嘴名词,其实离理解还有很长距离。而且新学科里面经常有那种不太费劲的结论,比如刚看代数拓扑的时候很多结论,像球面的同调群同构于整数群之类的,直接拿过来用就能证明很多原来分析里证不了的东西(比如 Brouwer 不动点定理),给人一种自己很强大的错觉。其实这只能说明工具以及工具的发明人强大,和自己的实力关系不大。新学功夫套路,总能学到点花拳绣腿,忽悠一下外行,但是有些人可能学了一年两年还在练基本功,亮不出什么花拳绣腿,但这并不是他们不如你的表现。

上面提到的例子,本质上是陷入用 “熟悉” 来代替 “理解” 的误区。有很多事情其实解释起来非常复杂——比如煤气燃烧,火焰发出蓝色的光芒——但是因为熟悉,我们通常不会去想为什么。但是如果学习数学是这种方式,很容易把自己变成工科生的状态。(并不是说工科生不好,只是他们对数学的理解和应用的侧重点和数学系的人是不一样的。)最可怕的是,你从此适应了一种似懂非懂的状态,这个状态在学的东西比较浅的时候危害并不明显,但是很妨碍向前走。

另一种风险是,沾了看似高深的东西的皮毛,就不愿意踏踏实实学基本的内容。比如你跟富豪玩耍了几天,挥金如土,像刘姥姥进大观园一样涨了点见识,还愿意去老老实实干一小时挣 50 元的辛苦活吗? 能做到的话,其实见识广点挺好的,但是不能做到的话,就危险。如果虚荣心比较强,很可能会有 “呀,我昨天在看泛函分析,今天退回来看线性代数里面没有掌握好的内容,会不会很丢脸” 之类的想法——这种想法趁早丢掉。本来呢,知道一些好的数学,是有好处的,但是如果对心态造成了巨大的影响,就得不偿失了。(看题主匿名了,尤其担心这方面的心态问题,嗯。)

说上面这些并不是反对扩充知识面,只是做一些善意的提醒。要是想扩充点知识面,请抱着一种仰望星空的心态,仰望完了回头还得脚踏实地学习。真的扩充点知识面之后就会知道,顶尖的数学在搞星际战役,然后你学的数学就像在地球上一个宁静的小湖边上砌砖墙抹石灰——就这样你还能保持对自己的信心,相信砖墙砌好了总有一天你也能参与到星际战争里去,那就可以说心态不错了。

本科阶段跟某老师聊天,老师提到 Voevodsky 因为 motivic homotopy 的工作拿了菲尔兹奖,然后书架上拿出来 2002 年北京的国际数学家大会 (ICM) 的报告,翻到 Voevodsky 的一小时报告,第一句里就有 “triangulated category” 这个词。当时才大二,自然是不知所云。平心而论,如果有耐心和恒心,本科四年念完的时候知道 triangulated category 为何物也不错,起码北美很多学校刚入学的研究生是不知道的。如果心态摆正,看到这个概念能耐心去学(还不排除你找来一本讲 triangulated category 的书,发觉上面的第一个概念也没听过的可能性),学完了发现还是搞不懂 motivic homotopy theory 还能有耐心去学第二句话里面的概念,那可以说这种心态已经很强大了。真是这样的话,有志者事竟成,请务必加油。(但是,你现在已经知道 triangulated category 这样的词汇了,你能抵住用名词装逼的诱惑吗?)

最后,这种知识面的扩充完全应该是学有余力的情况下做的,前面提到 “本科四年念完的时候知道某个概念为何物也可以说不错”,这并不是让你把自己抛下常识(比如复变函数、常微分方程、概率论、曲线和曲面的微分几何),去用这种高深的东西武装自己。诚然,很多本科的东西是十八十九世纪的数学,学完了也没什么了不起的。但是基本上只有经历了实用性(理论和工程上的)和美学的多重考验还没被淘汰掉的学科才会留在数学系的课表里面。它们本身就是简单优美的,而且是练手的好机会,能把数学上的成熟性慢慢建立起来,也有助于帮你发现自己的兴趣所在。这些学科离微积分不远,能让你看见一个抽象的概念是怎么来的,如果基础好的话,遇到困难,能退到微积分的领域,拿起纸和笔跟抽象的概念作战,则更能欣赏抽象的概念,这类从抽象到具体再到抽象的转化(也就是别人说的算例子,把一个抽象的概念拆开,转化成具体的问题算清楚,然后再用抽象的语言把结论说明白),对于成熟性的增长很有帮助。

分享的东西其实有一部分也是过来人踩的坑,懂的人自然懂。希望有点帮助,祝好运。

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P.S. 听说有图的答案比较受欢迎,跑题放个费曼的照片吧:

嗯,这货还说过物理和数学的关系就像做爱和手淫的关系一样,嘿。

(Physics is to math what sex is to masturbation.)

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