在中学应该好好学但没人告诉你的几件事 – 第二部分:量词

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Krystian Karczyński

Formuły matematyczne

量词 – 但实际上根本没有…

好吧,我不完全确定在每年的常规材料削减后,量词是否还存在于高中。也不太想检查,因为为什么要生气呢。

它们应该还在扩展课程中。真的应该。

好吧,但谁需要这个呢?

在大多数数学定义和定理中,使用的概念如:“每一个”和“存在”。

通常是在一些更复杂的序列中,例如“在每两个数之间有无数个数”(这有点半正式和不准确),或者:“每个非负实数存在且只有一个平方根”,或者:“存在某物,使得每个其他某物存在另一某物”(这是另一个东西的数学定义)。

在大学里,你会收到一大堆这样给出的定义和定理,快速在讲座中逐字逐句念出来,或者更糟的是,直接写在黑板上,形式如下:

for all for epsilon greater than 0 of there exists for N of for all for n greater than N of open vertical bar a subscript n minus g close vertical bar less than epsilon

所以最好(而不是举手问教授是否应该“重新绘制”),你已经学会如何正确阅读这些公式。然后你可以直接进入“深入研究”定义的阶段,观察它在具体示例中的运作情况等等。

一般量词和特定量词 – 让我们更好地了解它们

“每个”,“对于每个” – 这是一般量词,表示为:

“存在”,“存在这样的” – 这是特定量词,表示为:

我使用并推荐这些量词符号,因为它们肯定不会混淆。

– 是倒写的字母A(来自英文“all” – 每个)。

– 是倒写的字母E(来自英文“exists” – 存在)。

也有其他表示量词的符号:Λ(“对于每个”)和V(“存在”) – 但我不会使用这些,因为它们容易混淆。

使用量词书写的数学公式

最简单的公式是:

– 我们读作:“对于每个x”(也可以写作:,但容易混淆,所以我不会这样做)

– 我们读作:“存在x”

然而,通常公式更复杂,例如:

– 我们读作:“存在一个是自然数的a”,或者:“存在一个a,属于自然数”,或者任何其他中文表达,反映事情的本质,即:

1. 存在a

2. a是自然数

这里没有关于每个单词必须是什么以及是否必须是“存在a”或“存在这样的a”的“硬性”语言规则。

公式可以并且通常需要彼此结合,例如:

\underset{x>4}{\mathop{\forall }}\,\underset{n\in\mathbb{N}}{\mathop{\exists }}\,

意思是:

“对于每个x>4,存在一个n属于自然数”

我们理解为,对于每个x>4,“找到”一个n属于自然数,以便对于每个这样的x“选择”合适的n。量词彼此逻辑相关,而不是彼此独立的公式。

更多…

顺序很重要

与最后一个相同的公式,只是改变了量词的顺序:

\underset{n\in \mathbb{N} }{\mathop{\exists }}\,\underset{x>4}{\mathop{\forall }}\,

…我们会读作:

“存在一个a是自然数,这样对于每个x大于4 …”

我们理解为,首先我们有一个n(我们知道它存在),只有对于这个特定的n,对于所有x>4,某事发生。

例子 – 插曲

经典的例子是这里的函数序列的点收敛和一致收敛的定义,它们之间的区别只是…量词的顺序(我对这些定义稍作简化):

点收敛:

一致收敛:

在一致收敛的定义中,最初在点收敛中的量词排在最后。不进入细节,这改变了整个公式的意义。

在点收敛中,首先(我们从左读起)我们选择任意一个x,然后阅读公式,得出结论,对于最初设定的x,序列中函数值和“极限”函数值之间的距离趋于无穷小。

在一致收敛中,首先确定适当的函数值之间的距离趋于无穷小,然后得出结论,对于任意x,这样做。

书写定义,定理

了解如何阅读量词后,数学定义和定理的书写对我们来说是开放的。例如:

\underset{x\in\mathbb{R}}{\mathop{\forall }}\,{{x}^{2}}\ge 0

我们会读作:“对于每个实数x,x的平方大于或等于零”,或者更好地说:“每个x的平方是非负数” – 我绝对支持以更生动的语言阅读定义和定理。

上述句子是正确的。我们也没有任何问题写假句:

\underset{a>0}{\mathop{\exists }}\,\underset{x>a}{\mathop{\forall }}\,\frac{a}{x}>1

我们会读作:“存在一个正数a,对于每个大于a的x,a除以x大于1”,这当然是错误的(因为正数除以比它大的数永远不会大于1,没有这样的数)。

现在我们来看前一个帖子中的序列极限定义:

我们会这样读(添加一些解释):

“对于任意大于零,我们找到一个序列项的编号,这样对于序列中每个编号大于的项,距离(绝对值是距离)这个项和极限小于

我们也可以使用更人性化的语言:

“不论我们在开始时设置多小的距离,我们找到一个序列项的编号,这样这个序列的所有后续项都比设定的初始距离更接近极限

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