数学模型部分词汇翻译

数学模型:

[英文]：mathematical model

[解释]：

对于现实世界的某一特定对象，为了某个特定的目的，通过一些必要的假设和简化后所作的数学描述。利用模型，通过数学的分析处理，能够对原型的现实性态给出深层次的解释，或预测原型未来的状况或提供处理原型的控制或优化的决策。它是数学理论和方法用以解决现实世界实际问题的一个重要途径。例如牛顿第二定律所描述的力和运动的关系 F ＝ ma ＝ md 2 s ／ dt 2 给出了受外力 F 作用的物体运动的距离 s ( t )与 F 的关系。它是一个数学上的二阶微分方程，假设物体为一个质点，不存在阻力，摩擦力等的前提下描述了物体的运动与所受外力的依赖关系。这就是动力学一个最基本的数学模型。利用它就可以从理论上探讨大量的动力学的现象。当代由于数学向各门学科的全面渗透，数学不仅仅是物理学的研究工具，它已成为各门学科的一个重要的研究手段，建立数学模型最重要的步骤是首先要把研究对象通过化简，归结出它的数学结构，以便于使用数学理论和方法。由于数学模型在科学发展中的重要性，它和数学建模已经逐渐从各门学科中独立出来，成为应用数学的一个重要的方向而进入学校的教学计划。与数学的演绎推理不同，数学模型是运用数学的语言和工具，对现实世界的信息通过假设、化简加以翻译归纳的产物，因此随着研究目的、简化方式的不同，同一个原型的数学模型可以有不同的表现方式，它可以是确定型的，也可以是随机的；可以是连续型的，也可以是离散的。因此对于同一个原型，可以使用不同的数学分支，通过相应的模型进行研究。当然通过数学抽象出来的模型较之原型有更宽的覆盖面，甚至于能够描述不同学科有关对象的变化关系。由于现实世界的复杂性，科学技术发展到今天，还不能给出普遍适用的建立数学模型的准则和技巧。在一些使用模型较多的研究领域内，已经开始形成了自己的数学模型及建模体系，例如种群生态学中的数学模型，经济学中的数学模型，天气预报的数学模型，当然也包括理论力学——作为物理中运动和力学的数学模型。但多数对象还没有形成完整的体系和理论。这一类问题的模型往往因研究对象而异，有人称这一大类模型为模块插件，还有待连接成一个整体。

[英文]：mathematics，foundation of

[解释]：

研究数学的基础，回答“数学是什么？”，“数学的基础是什么？”，“数学是否和谐？”等等一些数学上的根本问题的学科。

发展概况在数学的发展过程中曾遇到过3次危机。第一次是公元前5世纪毕达哥拉斯学派的希帕索斯发现不可共度线段：正方形的一边与其对角线不可公度，即发现不是有理数。这次危机导致无理数及几何公理系统的建立——欧几里得几何原本诞生。尽管原本还不是严格的公理系统，但它充分表明直观、经验不可全信，几千年来对几何学的研究，特别是后来对非欧几何的研究促使几何学走向严格的公理化。严格公理化的几何就是几何基础也是数学基础的一部分。

17世纪后半期I. 牛顿，G.W. 莱布尼兹创立了微积分学，但他们对无穷小的解释很难令人满意，英国主教G.贝克莱抨击当时的微积分，指出它在逻辑上有明显的问题，这便是第二次数学危机。这次危机的出现使数学家们意识到不为微积分建立牢固的基础，只进行运算是不行的。19世纪A.L柯西、K.魏尔斯特拉斯等创立了极限论，以极限为基础建立微积分学。

A.鲁宾孙于1960年创立了非标准分析，把实数域扩充到包含无穷小和无穷大的超实数域，圆满解决了“无穷小的矛盾”问题。与此同时，传统逻辑发展为数理逻辑。数理逻辑是数学基础的重要内容。

数学上的第三次危机一般认为始于1902年B.A.W.罗素发现的悖论，后人称这个悖论为罗素

悖论：以 S 表示所有不以自身为元素的集合的全体。按照集合论的概括原则（构成集合的原则）， S 应该是一个集合。现在问 S 是否是 S 的一个元素？如果 S ∈ S ，则按照 S 的定义应有 S S ；如果 S S ，则按 S 的定义又应有 S ∈ S 。无论哪种情况都导致矛盾。罗素悖论动摇了集合论，也动摇了当时的数学基础。因为罗素悖论只涉及最基本的集合论概念：集合，元素，属于和概括原则，它的构成十分清楚明白。这个悖论的出现说明以往的朴素集合论中包含矛盾，因而以集合论为基础的整个数学就不能没有矛盾。这个悖论也同时说明数学中采用的逻辑也不是没有问题的。数学上的第三次危机使数学界和逻辑学界都感到问题的严重性。罗素悖论表明不能无条件承认概括原则，然而概括原则的改变将使集合论大为改观，因此对整个数学的影响是巨大的。

集合论中包含矛盾这个事实，实际上稍早以前就已发现。朴素集合论的创始人G. 康托尔，1895年就发现了“最大序数悖论”(所有序数的集合有更大序数)；1899年他又发现“最大基数悖论”（所有集合的集合有最大基数，但由这个集合的一切子集构成的集合有更大的基数）。对于这两个悖论当时人们也感到吃惊，但认为这是集合论中的一些技术性问题，只要作一些技术改进就可消除，因此没有引起人们的极大关注。

三次数学危机的发生是数学深入发展的结果，许多数学家为消除危机作了不懈的努力。这些努力促进了数学的发展，特别是促进了数学基础的研究。其中第三次危机对数学的影响更大。人们公认集合论是数学的基础，在数学中有着广泛的应用，任何一门数学都离不开它。非欧几何学的和谐性归结为欧几里得几何学的和谐性；欧几里得几何学的和谐性又归结为实数系统的和谐性；而实数系统的和谐最终归结为集合论的和谐性。但集合论是有矛盾的。第三次数学危机开始时，很多数学家对集合论的改造持旁观态度，认为可由逻辑学家去讨论。后来发现这样行不通，因为在数学论证中每人必须采用某一派的观点，无法回避。

研究学派自罗素悖论发现以来，对数学基础的研究有三个主要派别：逻辑主义、形式主义和直觉主义。

①逻辑主义。以罗素和A.N怀特海为代表。他们认为所有数学概念都归结为自然数算术的概念，而算术概念可借助逻辑由定义给出。他们试图建立一个包括所有数学的逻辑公理系统，并由此推出全部数学。逻辑主义认为数学是逻辑的延伸，在罗素的公理系统中不得不引用了非逻辑的选择公理和无穷公理。如果没有这两条公理就无法推导出全部算术，更不用说全部数学。当然，罗素的公理系统充分发展了数理逻辑的公理体系，并且在此基础上展示了丰富的数学内容，对数理逻辑和数学基础的研究起了极大的推动作用，贡献是很大的。②直觉主义。又称构造主义。它的代表人物是L.E.J.布劳威尔。直觉主义者认为数学产生于直觉，论证只能用构造方法，他们认为自然数是数学的基础。当证明一个数学命题正确时，必须给出它的构造方法，否则就是毫无意义的，直觉主义认为古典逻辑是从有穷集合及其子集抽象出来的，把它应用于无穷数学就必然引起矛盾。他们反对在无穷集合中使用排中律。他们不承认实无穷体，认为无穷是潜在的，只不过是无限增长的可能性。可构造性对数理逻辑及计算技术的发展有重要作用。但直觉主义使数学变得非常繁琐复杂。失去了数学的美，因而不被大多数数学家接受。③形式主义。以D. 希尔伯特为代表，可以说是希尔伯特的数学观点和数学基础观点。希尔伯特主张捍卫排中律，他认为要避免数学中的悖论，只要使数学形式化和证明标准化。为了使形式化后的数学系统不包含矛盾，他创立了证明论(元数学)。他试图用有穷方法证明各个数学分支的和谐性。1931年K.哥德尔证明了不完全性定理，表明希尔伯特方案不能成功。后来许多人对希尔伯特方案加以改进。W.K.J.基灵利用超限归纳法证明了算术的无矛盾性。在数学基础的研究中，鲁宾孙，P.J.科恩自称为形式主义者（希尔伯特本人不认为自己是形式主义者），他们认为数学所研究的不过是一些毫无内容的符号系统，“无穷集”，“无穷整体”等在客观上是不存在的。希尔伯特的设想虽然没有实现，但却创立了证明论，又促进了递归论的发展，因此对数学基础的研究有很大的贡献。

古代由于科学技术发展水平的限制，无需专门研究数学基础，这种情况一直持续到牛顿、莱布尼兹创立微积分的时代。非欧几何的出现使人们意识到必须为数学建立不依赖于直观的基础，必须研究数学的可靠性，特别是无矛盾性，无公度线段的存在及集合论的悖论说明人们不能只依靠直观，而必须为数学建立严格的逻辑基础，解决数学的哲学基础问题。因此数学基础是包括哲学方法论和逻辑等诸方面问题的学科，数学基础现已形成数学的重要分支之一。

[英文]：mathematical programming

[解释]：

研究在某些约束条件下函数的极值问题的学科。数学规划是运筹学的重要分支，也是它最重要的基础之一。大量实际问题，如物资调运、场址选择、资源分配、市场销售、任务指派等都可以归结为数学规划问题来处理。通常把需要求极值的函数称作目标函数，并根据约束条件是否真正起到作用，分为带约束规划和无约束规划。

数学规划包括以下几个分支：①线性规划。研究在线性约束条件下线性目标函数的极值问题，是数学规划的基础。②非线性规划。是指在约束条件和目标函数中出现非线性关系的规划。③整数规划。规定部分或全部变量为整数的规划。④组合规划。讨论在有限集中选择一些子集使目标函数达到最优的问题。⑤参数规划。在目标函数和约束条件中带有参数的规划。

⑥随机规划。指某些变量为随机变量的规划。⑦动态规划。是处理多阶段决策的一种方法。此外还有多目标规划、几何规划、分数规划、模糊规划等。在这些众多内容中，线性规划是最基本最重要的分支，它在理论上最成熟、方法上最完善、应用上最广泛，其他分支都是线性规划的发展和推广。

[解释]：

适用于论证与所有自然数有关的命题的归纳方法。与所有自然数有关的命题 P ( n )实际上是由无穷多个命题 P (1)， P (2)，…， P ( n )，……所组成，采用逐个论证的方法是不可能完成的。数学归纳法依据的是自然数的“归纳公理”：假设 M 是自然数集 N 的子集，如果满足①1∈ M 。②当 k ∈ M 时能推出 k ＋1∈ M ，那么 M ＝ N 。由归纳公理可以导出数学归纳法原理：设 P ( n )是与所有自然数 n 有关的命题，如果① P (1)是真命题。②当 P ( k )是真命题时能推出 P ( k ＋1)也是真命题，那么对于任意自然数 n ， P ( n )都是真命题。

数学归纳法的基本形式：对于与所有自然数有关的命题 P ( n )，如果能：①证明命题 P (1)成立。②假设对于任意自然数 k ， P ( k )成立，证明 P ( k ＋1)也成立。则能断言命题 P ( n )对所有自然数 n 都成立。根据自然数集的“最小数原理”(即自然数集的每一个非空的子集必有最小数）可以推得数学归纳法的另一种形式(第二数学归纳法)：对于与所有自然数有关的命题 P ( n )，如果能：①证明命题 P (1)成立。②假设对于任一自然数 k ，当1≤ n ≤ k 时 P ( n )成立，证明 P ( k ＋1)也成立。则能断言对所有自然数 n ，命题 P ( n )都成立。

[英文]：mathematics

[解释]：

研究现实世界中数量关系和空间形式的科学。简单地说，是研究数和形的科学。由于生活和劳动上的需求，即使是最原始的民族，也知道简单的计数，并由用手指或实物计数发展到用数字计数。在中国，至迟在商代，即已出现用十进制数字表示大数的方法；又至迟至秦汉之际，即已出现完满的十进位值制。在成书不迟于1世纪的《九章算术》中，已载有只有位值制才有可能的开平方、立方的计算法则，并载有分数的各种运算以及解线性联立方程组的方法，还引入了负数概念。刘徽在他注解的《九章算术》 (3世纪 )中，还提出过用十进小数表示无理数平方根的奇零部分，但直至唐宋时期（欧洲则在16世纪S.斯蒂文以后）十进小数才获通用。虽然中国从来没有过无理数或实数的一般概念，但在实质上，那时中国已完成了实数系统的一切运算法则与方法，这不仅在应用上不可缺，也为数学初期教育所不可

少。至于继承了巴比伦、埃及、希腊文化的欧洲地区，则偏重于数的性质及这些性质间的逻辑关系的研究。早在欧几里得的《几何原本》中，即有素数的概念和素数个数无穷及整数唯一分解等论断。古希腊发现了有非分数的数，即现称的无理数。16世纪以来，由于解高次方程又出现了复数。在近代，数的概念更进一步抽象化并依据数的不同运算规律而对一般的数系统进行独立的理论探讨，形成数学中的若干不同分支。

未被解出的古巴比伦数学

开平方和开立方是解最简单的高次方程。在《九章算术》中，已出现解某种特殊形式的二次方程。发展至宋元时代，引进了“天元”(即未知数)的明确观念，出现了求高次方程数值解与求多至4个未知数的高次代数联立方程组的解的方法，通称为天元术与四元术。与之相伴出现的多项式的表达、运算法则以及消去方法，已接近于近世的代数学。在中国以外，9世纪阿拉伯的花拉子米的著作阐述了二次方程的解法，通常被视为代数学的鼻祖，其解法实质上与中国古代依赖于切割术的几何方法具有同一风格。中国古代数学致力于方程的具体求解，而导源于古希腊、埃及传统的欧洲数学则不同，一般致力于探究方程解的性质。16世纪时，F.韦达以文字代替方程系数，引入了代数的符号演算。对代数方程解的性质的探讨，则从线性方程组导致行列式、矩阵、线性空间、线性变换等概念与理论的出现；从代数方程导致复数、对称函数等概念的引入以至伽罗瓦理论与群论的创立。而近代极为活跃的代数几何，则无非是高次联立代数方程组解所构成的集体的理论研究。

形的研究属于几何学的范畴。古代民族都具有形的简单概念而往往以图画来表示，形之成为数学对象是由工具的制作与测量的要求所促成。规矩以作圆方，中国古代夏禹治水时即已有规、矩、准、绳等测量工具。《墨经》中对一系列的几何概念，有抽象概括，作出了科学的定义。《周髀算经》与刘徽《海岛算经》给出了用矩观天测地的一般方法与具体公式。在《九章算术》及刘徽注解的《九章算术》中，除勾股理论外，还提出了若干一般原理以解多种问题。例如出入相补原理以求任意多边形面积；阳马鳖臑的二比一原理（刘徽原理）以求多面体的体积；5世纪祖暅之提出“幂势既同则积不容异”的原理以求曲形体积特别是球的体积；还有以内接正多边形逼近圆周长的极限方法（割圆术）。但自五代（约10世纪）以后，中国在几何学方面的建树不多。中国几何学以测量与面积体积的量度为中心，古希腊的传统则重视形的性质与各种性质间的相互关系。欧几里得的《几何原本》，建立了用定义、公理、定理、证明构成的演绎体系，成为近代数学公理化的楷模，影响及于整个数学的发展。特别是平行公理的研究，导致了19世纪非欧几里得几何学的产生。欧洲自文艺复兴时期起出现了射影几何学。18世纪，G. 蒙日应用分析方法于形的研究，开微分几何学的先河。

C.F. 高斯的曲面论与B. 黎曼的流形理论开创了脱离周围空间以形作为独立对象的研究方法；19世纪F.克莱因以群的观点对几何学进行统一处理。此外，如G. 康托尔的点集理论扩大了形的范围；H. 庞加莱创立了拓扑学，使形的连续性成为几何研究的对象。这些都使几何学面目一新。