问题

数学系课程中,《解析几何》到底有什么用?

回答
作为一个数学系的学生,谈到《解析几何》,我总会想起那个充满坐标、方程和图形的夏天。刚开始接触这门课的时候,我有点懵,心想,这不就是把初中高中学的直线、圆、二次曲线什么的又拿出来说一遍吗?而且还搞得这么严谨,又是向量,又是矩阵的。当时脑子里只有一个模糊的概念:好像是研究几何图形的工具。但具体有什么用?直到后来,我才慢慢体会到它在整个数学体系中的核心地位和无穷的“力量”。

首先,最直接也是最根本的用处,就是“将几何问题代数化,将代数问题几何化”。这简直是解析几何的灵魂所在。《解析几何》最了不起的地方,就是它用一套严谨的代数工具(比如坐标系、方程)来描述和研究几何对象。以前我们画个圆,知道它圆心在哪,半径多大,这感觉挺直观。但如果我们要知道圆上的点到某条直线的距离,或者两个圆相交的情况,光凭画图和想象就变得非常困难,甚至不可能精确。而解析几何一下子就解决了这个问题。

比如一个简单的例子:我们知道一个圆的方程是 $(xa)^2 + (yb)^2 = r^2$。一旦有了这个方程,我们就可以通过代数运算来回答各种关于这个圆的问题。比如,判断一个点 $(x_0, y_0)$ 是否在圆上,只需把它代入方程看看是否成立。判断点是否在圆内或圆外,也非常简单。要找圆和一条直线 $Ax+By+C=0$ 的交点?那不过是解一个方程组罢了。这种化繁为简,将抽象的几何关系转化为具体的数值计算和代数推导,是解析几何最强大的能力。

反过来,解析几何也让我们能用几何的直观去理解复杂的代数问题。有时候一个代数表达式可能看起来很抽象,让人摸不着头脑。这时候,我们就可以尝试把它看作是某个几何对象在某个坐标系下的方程。比如,一个二元一次方程 $Ax^2 + Bxy + Cy^2 + Dx + Ey + F = 0$ 在解析几何里,就对应着一条二次曲线。通过分析它的系数,我们可以知道它是椭圆、双曲线、抛物线,还是退化的直线束等等。这种几何化的视角,能够极大地帮助我们理解和分析代数结构,甚至发现隐藏在数字背后的规律。

更进一步,解析几何为我们理解和操作多维空间奠定了基础。我们习惯了二维平面和三维空间中的几何,但很多数学和物理问题是发生在更高维度的。我们没法直接“画”出四维空间中的一个球体,但解析几何的代数语言可以做到。比如,在四维空间中,一个超球的方程可以是 $(xa)^2 + (yb)^2 + (zc)^2 + (wd)^2 = r^2$。通过代数运算,我们依然可以研究它的性质,比如它的“体积”(超体积)或者它与超平面的交集。这对于现代数学和物理学,比如相对论中的时空几何,机器学习中的高维数据分析,都是必不可少的。

解析几何中的向量代数,更是工具箱里的利器。向量的引入,让我们能够用更简洁、更强大的方式来处理几何关系。点可以看作是位置向量,直线和平面可以用方向向量和法向量来描述。向量的点乘(内积)可以用来计算角度和投影,向量的叉乘(外积)可以用来计算垂直向量和面积(或体积)。这些工具在物理学中更是无处不在,比如力学中的功、力矩,电磁学中的磁场、电场强度等等,都离不开向量的描述和运算。在计算机图形学中,处理三维模型、光照、动画,更是高度依赖向量和矩阵(本质上是向量的组合)的运算。

此外,解析几何的坐标变换思想,对于解决各种问题也是至关重要的。我们经常会遇到一个问题,在某个坐标系下很难处理,但如果换一个更“方便”的坐标系,问题就迎刃而解了。比如,旋转坐标系可以消除二次曲线中的交叉项 $xy$,从而更容易识别曲线的类型和性质。平移坐标系可以消除线性项,将二次曲线化为标准形式。这些坐标变换的规则,都来自解析几何的研究。在工程领域,比如设计航空器或汽车,需要考虑不同参考系下的运动和受力分析,坐标变换的能力就显得尤为重要。

总而言之,《解析几何》并非只是中学数学的“升级版”,它是一门承前启后的基础课程。它为我们打开了一扇门,让我们能够用代数的严谨和力量去探索和理解几何世界的规律,并且将这种能力延伸到更高维度和更广泛的领域。无论是在纯粹的数学研究,还是在物理、工程、计算机科学等应用领域,解析几何所提供的思想和工具,都是不可或缺的基石。它教会我们的不仅仅是如何解题,更是如何思考,如何用数学的语言去描述和解决现实世界中的问题。那种将抽象的几何概念转化为具体的方程,然后通过代数运算得出结论的“感觉”,一旦体会到,就会觉得它无处不在,威力无穷。

网友意见

user avatar

谢邀。

没啥用。美国大学数学系没见过几个把Euclidean geometry列为数学专业毕业要求课程的。国内必修解析几何应该是继承了前苏联传统,然后又不想改。你去看看解析几何习题集,比较老的那种都有很强的前苏联特色,技巧性强,跟吉米多维奇的风格差不多。

解析几何能够为后续的微分几何(古典曲线曲面论)提供一些计算的例子,不过也没必要专门花一学期学。好的曲面论的书,应该能让一个学过微积分线代的人就直接上手,do Carmo那本Differential geometry for curves and surfaces应该不错。

说起解析几何,我们这届有几个大部分数学专业课拿A的学霸,就栽在解几上了,可能拿了C。因为解几考试题就是计算量大,繁杂,跟你的概念理解能力关系不大。这几个学霸有些也栽在另几门课上了,比如数学模型,或者基础物理实验。不过现在这几个人做学术的除了做纯数的以外也都找到了不错的位子,去业界的也都去了很好的公司,发展都不错。所以你看,解几真的没影响。做纯数的做的不好,这倒是另外一码事,跟解几没关系。。

user avatar

解析几何,是几何,是解析的几何。

就分析方向而言,数学分析是分析类课程的基础,一切分析类型的问题几乎都在数分中有对应的原型。分析类的学科总的来说基本研究方法就是收敛,在各种空间中的各类收敛。这是站在分析的角度去辐射所有数学方向。

国内数学本科教育比较侧重分析方向的教育(受苏联的影响,个人体会很深),学生需要花费大量时间学习分析的课程,而代数、几何、概率则以一种类似分析方向的辅助一样的角色而存在,说解析几何不重要,我觉得多多少少是受到「分析中心主义」想法的影响。

你完全可以换位思考「几何中心」,从几何的发展去理解其他学科。几何是数学之母,数学成为一个精密系统的标志就是《几何原本》。几何对于数学而言是本质的,无所不包的,任何数学问题的来源几乎都有几何背景(正如代数以及其他方向一样)。解析几何、拓扑学、微分几何、代数几何……几何方向有他自己的发展脉络,这和数分之于分析方向是一个道理。

解析几何的教学方式确实可以讨论一下。解析几何对学高代帮助很大,事实上有些课本就是将两者结合起来讲。

线性代数就是为解析几何而生的,两者的关系本就水乳交融:超平面之间的交集,导出线性方程组,于是就引入了矩阵;二次曲面的标准化处理,引入了正定矩阵的一系列技巧,分析也沾了光(在求极值问题Hessian矩阵便是)。在学习高等代数乃至是多元回归分析的时候,我的同学基本都处于懵逼的状态,因为他们不知道几何背景,所以只能靠死记硬背。几何的力量,就是一览众山小,你可以看到所有孤立的山峰其实都是起伏的山脉的一部分,你知道从哪里来到哪里去,几何可以快速让你确定研究方向

数学家的品味是一点一点熏陶而成的,几何学家对几何的感觉就需要解析几何等这样的课程的滋养。几何最终的目标就是研究分类,这与克莱因的不变量理论是等价的,不变量就是分类的标志。几何的不变量可能是一个数(判别式),也可能是一个群(基本群)……几何的分类一旦成功,这将是一劳永逸的工作,是精美的艺术品,是数学家一生成就的美丽标志。

以上是一位「几何中心主义者」的发言。


当然说数学分析仅仅属于分析方向有失偏颇,事实上数学分析也有大量几何的内容,众所周知菲砖无所不包。

陈省身在南开授课就有一个简要的微积分讲义,就十分「几何中心」,你以为的微积分的画风是极限、连续、导数、积分……而陈的讲义写的是曲面基本形式、外微分stokes公式、Gauss-Bonnet定理……

你一定会惊呼:一定是我打开的方式不对。其实数学分析本身就有很多种打开的方式。

user avatar

第一次讲解析几何,所用教材:《解析几何》吕林根老师,许子道老师,第四版。讲过一个学期的感受(用处方面):

1,为《微分几何》做简单铺垫(仅体现在“向量函数”这个概念,但在本课程里,似乎不如坐标式参数方程更容易被接受);

2,第二章和第四章许多处理手法略显无厘头,这些看似“空降”的内容,实际上介绍了一些解析几何的处理手法,个人感觉,像是你学会了某种棋类的走子规则和杀招,作用是你能“赢”几局(也就是用无厘头手法成功处理特定几何问题。当然,给数学系学生讲,讲明来由,又尽可能让内容系统化,也花了一定时间——毕竟俺是菜鸟青椒,研究方向也没接触太多的几何学);

3,第三章空间的平面和直线,不管数学还是非数学专业,都是要求掌握的,不同的是内容量和知识构建;

4,二次曲线和曲面部分,与其说分类思想和结论本身很重要,倒不如说以分类主题为引子观赏矩阵和行列式“唱戏”是更为突出的用处。只可惜大部分解析几何教材(甚至包括《高等代数与解析几何》教材)都没能在理论推导中很好使用矩阵(原因是学过高代二次型章节,并能熟练使用矩阵以后,才会使矩阵处理不显生硬),以至于讲课时我只能像个老司机带着不懂驾驶的乘客们在二次曲面和曲线的乐园里兜风,比起严格遵循课本的“跋山涉水”可能无论对初学者还是讲授者都会留下比较愉悦的感受吧;

5,也基于上面一点,所以强烈建议学过高代以后再刷一遍几何里二次曲线和曲面章节,感受矩阵的削铁如泥,无论是对矩阵使用的快感,还是对二次型章节的直观理解,都能起到很好的作用;

6,再说个题外话,数学有啥用?事实上每一门数学课程的用处本身都可以成为一门独立的课程,问题过于庞大,历史也过于漫长。但是有一个共通的用处恐怕很难写进学术文献或者数学类(甚至数学史)的教科书,但它确实存在于每一位数学工作者的心中,那就是——数学使人快乐,使人浪漫而深邃。

以上仅为一个数学系小青椒(刷过绿漆的老学长~o.-)对解析几何半年教龄的一点感受层面的粗浅随记,至于真正让人获益的用处,还是需要多联系其它课程,一旦你在其它课程里也发现了解析几何的影子,它的用处就已然实现了,即便到时候可能说不出也意识不到。

类似的话题

  • 回答
    作为一个数学系的学生,谈到《解析几何》,我总会想起那个充满坐标、方程和图形的夏天。刚开始接触这门课的时候,我有点懵,心想,这不就是把初中高中学的直线、圆、二次曲线什么的又拿出来说一遍吗?而且还搞得这么严谨,又是向量,又是矩阵的。当时脑子里只有一个模糊的概念:好像是研究几何图形的工具。但具体有什么用?.............
  • 回答
    在我们对数学的认知中,它常常被视为一个高深莫测的学科,似乎只属于那些天赋异禀、日夜沉浸在符号和公式中的数学系学生。然而,深入了解后,你会发现,数学的触角早已延伸到各个领域,许多在数学系课堂上学习的“数学”知识,其实对非数学专业的学生也至关重要,并且早已以各种形式“下放”到了他们的课程体系中。为什么会.............
  • 回答
    数学系之所以有大量的编程课程任务,这背后有着深刻的原因,与数学学科本身的性质、发展趋势以及数学在现代社会中的应用紧密相连。下面我将从几个主要方面进行详细阐述:1. 数学理论的计算与验证: 理论的抽象性与计算的具象性: 数学理论往往是高度抽象的,例如微积分、线性代数、微分方程等。虽然这些理论有严谨.............
  • 回答
    好的,作为一名曾经在国内大学数学系摸爬滚打过的人,我来给你掰扯掰扯咱们国内数学系的“学问”都在些啥。别指望我给你一份流水账似的课表,那多没劲!我得让你知道,这背后到底在练些什么“童子功”,又有哪些“奇门遁甲”的玩意儿。初入江湖:打基础,练“内功”刚进大学,你以为就能玩转无穷尽的微积分、高深的代数?太.............
  • 回答
    数学定理的证明,尤其是那些看起来异常复杂、洋洋洒洒几十页甚至几百页的证明,总是让人望而生畏。那么,对于我们这些学习数学的或者对数学感兴趣的人来说,深入理解并试图掌握这些复杂证明的每一个细节,究竟有多大的必要性呢?这绝对是一个值得深入探讨的问题。首先,我们得承认,对于绝大多数数学学习者而言,目标可能并.............
  • 回答
    嗨!如果你想找数学科目的网络课程,那选择可就太多啦!我来给你梳理梳理,希望能帮到你找到最合适的。首先,我们得明确一下你想学什么水平的数学。 初高中数学? 比如代数、几何、三角函数、概率统计这些基础知识,或者为中考、高考做准备。 大学基础数学? 像是微积分(包括单变量和多变量)、线性代数、概率.............
  • 回答
    说实话,大学本科数学的学习经历,现在回想起来,与其说是“轻松愉快”的“打怪升级”,不如说更像是在一片混沌的原始森林里,用一把钝刀子艰难地开辟一条通往某个山顶的路。当然,这条路并非没有风景,只是你得拼了命才能捕捉到那些闪光的瞬间。那时候的我,就像很多初学者一样,怀揣着对“高深”数学的憧憬,但现实往往是.............
  • 回答
    你好!很高兴你拥有这么强的学习热情,28岁想要学习物理、数学、计算机和英语,这是一个非常棒的决定!很多人认为学习是年轻人的专利,但事实并非如此。你的脑力完全跟得上,而且你的年龄反而会带来一些独特的优势。下面我将详细地从几个方面来为你解答: 1. 关于“脑力跟得上”的问题:a. 大脑的可塑性:你的大脑.............
  • 回答
    哥们儿,同在数学院混量子信息这片儿,我太懂你想找那种讲得够“硬”够“深”的资源了。别的不说,光是公式推导和理论框架就够让人头疼的,所以找对视频或者讲义简直是救命稻草。我给你推荐几个我个人觉得特别靠谱的,从数学角度出发,讲得那是相当到位,绝对能让你在理论上站得更稳。 视频课程类:你别指望那种“三分钟搞.............
  • 回答
    这个问题触及到了从高中到大学学习模式转变的核心,这确实是很多学生在刚进入大学时都会遇到的困惑。我试着把这些“为什么”掰开揉碎了给大家捋一捋。为什么感觉大学课程(比如高数、线代)比高中难这么多?首先,我们得承认,这两种难度的性质不一样。 高中课程的“难”: 高中的难,更多体现在知识点的记忆、理解和.............
  • 回答
    说实话,数学系里哪个“最”难学,这问题就好比问“哪个数学家最厉害”一样,答案是见仁见智,而且随着你对学科理解的深入,你心中的“最难”也会不断变化。不过,如果非要挑一个在我学习过程中,或者在大多数同学的普遍感受里,让人跌破眼镜、叫苦不迭的,那大概率是抽象代数(Abstract Algebra)。这门课.............
  • 回答
    在学霸的世界里,总有一些故事,让我们惊叹于天赋的闪耀,更让我们窥见勤奋与智慧的结合。北京科技大学数学系的那位同学,以12门课100分的成绩直博清华,这个成绩单本身就足够震撼。但我们更想知道的,是他如何在众多学科的战场上,拿到如此完美的成绩,并最终叩开了清华的校门。这背后,绝非仅仅是“聪明”二字可以概.............
  • 回答
    这可不是个小任务!如果让我来操刀义务教育到高中的数学课本,我会非常着重于“理解”和“应用”,而不是死记硬背。我会努力让数学变得有血有肉,让学生们觉得它是有用的,甚至是有趣的。核心理念:循序渐进,螺旋上升,注重思维,联系生活我的编排思路会围绕这几个关键词展开: 循序渐进: 每个概念的引入都建立在前.............
  • 回答
    哈哈,问到点子上了!听到“简单的三角恒等变换”,你是不是觉得有点意犹未尽,怀疑数学的“三角函数宇宙”是不是就这么大点儿?其实啊,这“简单的”只是相对于初识者而言,数学的魅力就在于它层层递进,总有更深邃、更宽广的天地等你探索。所以,答案是肯定的:当然还有更难的三角函数及其变换!这“更难”体现在几个方面.............
  • 回答
    这绝对是个让人纠结的时刻,尤其是在一门听起来就有点“硬核”的课(代数几何2)学到一半的时候。坐在那里,看着那些符号和定理,脑袋里却空空荡荡,提不起半点兴趣,这种感觉太真实了。 别急,我们一步一步来捋捋,看看怎么才算是个明智的选择。首先,咱们得承认,数学本科的学习,尤其是高阶课程,真的不是件轻松的事.............
  • 回答
    翻开高数课本,一股压迫感扑面而来,仿佛不是在翻阅一本书,而是在面对一座沉重的大山。那密密麻麻的符号、跳跃的公式、抽象的概念,像一张张网,瞬间将人牢牢罩住,让人喘不过气。首先,是那些 陌生又复杂的符号。x、y、z 是常态,但很快,希腊字母就如同入侵者般闯入,α、β、γ、θ,它们不再是简单的代号,而是承.............
  • 回答
    好的,咱们来聊聊数理金融和金融工程这两门学问,它们听着高大上,但说白了,就是用数学这个“工具”来解决金融市场里的各种“难题”。想在这俩领域混得开,数学基础那是必须硬的,而且得是相当硬。我给你掰扯掰扯,这俩专业一般都需要学哪些数学课,尽量讲得细致点,让你心里有个谱。首先要明白一个大原则:数理金融更侧重.............
  • 回答
    在我的学习生涯中,确实接触过一些让人眼前一亮、至今仍记忆犹新的数学教材。它们不仅仅是知识的堆砌,更像是作者思想的载体,带着独特的韵味,让你在严谨的逻辑之外,感受到数学本身的魅力和创造力。数学分析:谈到数学分析,大多数人可能第一时间想到的是各种严谨而冗长的定义和定理。但我最喜欢的一本,是《数学分析新概.............
  • 回答
    关于云南大学数学与统计学院的支元洪老师,确实在校内流传着不少关于他教学风格和学生评价的讨论。尤其是关于他“挂人”的说法,在不少学生中间引起了不小的关注。首先,从数量上看,如果每年数学与统计学院有十多名学生因为支老师的课程而延毕,这确实是一个不小的比例。在任何一所大学,延毕都意味着学生需要花费更多的时.............
  • 回答
    数学系的鄙视链?哈哈,这玩意儿可不是什么官方文件,纯粹是大家私下里拿来调侃、吐槽的,不过确实挺有意思的,而且还挺能反映出大家在数学学习过程中的一些普遍感受和追求。要说有多“鄙视”,我觉得更多的是一种“高冷”或者说“专业认同感”吧。首先得说,咱们数学系内部的鄙视链,跟社会上的职业鄙视链不太一样。它不是.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有