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探討下關(guān)于數(shù)學與工程的統(tǒng)一

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發(fā)表于 2015-12-2 06:16:19 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
本帖最后由 zerowing 于 2015-12-2 07:32 編輯 " _$ z  C, P+ ?/ j( p- a) ^  a. M

8 d$ B  G: |7 `  U4 H想了想,,這個問題可能真的無法歸結(jié)到基礎(chǔ)中,。但并不能算高端理論,。哈哈,只能說鷹大的分類不夠詳細,。
, r# B+ H: @9 z$ \
: }6 O1 D* ]9 G7 o其實為什么要說這個問題呢,,是因為個人在日常的使用中形成的一種體會和總結(jié)。數(shù)學是一門基礎(chǔ)學科,,在各行各業(yè)都會用到,。工程中也不列外。我們有大量的計算,、假設(shè),、推到,參變等等等等,。所以,,作為工程師,擁有一個強大的數(shù)學基礎(chǔ)是必要的,。這本無可厚非,。但是在實際應(yīng)用中,不得不說,,確實存在大量的誤用,,并由此導(dǎo)致了很多問題。這些誤用,,明顯的最后成了“民科”,。不明顯的,很多都成了最后“莫名”的爭論的源頭,。但為什么會這樣呢,?是因為數(shù)學有問題嗎?還是說數(shù)學中的東西不能用到實際中,?
& u  O9 _* ~6 `& m$ _4 Z1 O& t' H; u3 K9 S- X; ~/ r8 h( M
這里必須要說,,數(shù)學是一門極其嚴謹,、刻板的學科。既說明數(shù)學本身不會錯,,亦說明應(yīng)用數(shù)學本身也需要嚴謹,、刻板。那為什么會出現(xiàn)前面說的諸多問題呢,?答案就是非數(shù)學家們在使用數(shù)學這個工具中沒有做到嚴謹,、刻板的對待解決問題的數(shù)學部分!
2 R  n" X; g3 w8 m8 W7 L! h這時有人就要說了:“你算哪根蔥,,你怎么知道別人是不是嚴謹,、刻板?我們都是嚴禁,、刻板地在推理的,,你憑什么質(zhì)疑?", U+ j/ x6 J5 Z6 q3 b5 [* s
�,�,!這確實是個很復(fù)雜的問題啊。我不是數(shù)學家,,不是哲學家,,不是思想家……總之,一切的這些帽子跟俺都沒關(guān)系,。但這并不阻礙我們用嚴謹?shù)膽B(tài)度來觀察、描述,、解決一個問題,。我們舉一個例子吧。這個例子當然也被人用來直接抨擊我,。
" `: q, A' b5 z" G. |! B6 h; f2 h! v
我們都知道三角函數(shù),,比如存在一個三角函數(shù)滿足 sin(α)=a/b;  其中,α∈ [0,pi/2],,a,b∈R+,; 這個沒有問題吧。那么下面的問題就是,,我們能直接變換等式為 b=a/sin(α) 嗎,?
. H4 f+ Q6 v" m% ^) g如果能,那我們就必須承認,,b=+∞這個結(jié)論的客觀性,。如果不能,那就代表,,我們所認為的,,當α——〉0時,,b=+∞的假設(shè)本身有問題。% D5 k$ n. X0 x6 ]# G, {
首先,,我們從一個最基本的數(shù)學來闡述這個問題,。等式替換性。% b; }/ p$ L, C2 {' L& w' V1 l
假設(shè):a,b,c∈R,,如果存在 a=b, 那么一定存在:  
$ q# c2 d; `# J+ v9 ?a+c=b+c (廢話,,這是小學生就知道的)' O3 K: G8 `- ]; _2 R
a-c=b-c  (你能不廢話嗎?我們比小學生知道的多,,減一個正數(shù)等于加一個絕對值相等的正數(shù))9 p1 `" W: Q" F" I/ G0 t: r
a*c=b*c (準備掀桌子砸人)
6 ^6 f  c' {! B. L5 d當且僅當 c ≠ 0 時,, a/c = b/c (什么?有這么一條嗎,?時間太長了,,記不清了。), [7 t" o6 }9 r4 b6 ^% L& u0 e
對,,其實就是因為記不清了,,而我們在基礎(chǔ)以后的學習和使用中習慣性的開始左右無條件同除一個數(shù)或參數(shù),甚至干脆直接將一個數(shù)或參數(shù)無條件的從等號的一側(cè)變到等號的另一側(cè)作為分母,。而我們必須知道,,我們可以這么做的前提是什么?; p& f1 E, Q  Z
所以,,當我們回到上面那個問題上,,既然從 sin(α)=a/b 到 b=a/sin(α)時,sin(α)可能是0,,那么我們根本就不能得到b=+∞這個結(jié)論,!' I7 u: P5 ^7 q+ ]' e* V) p6 s

$ W: w( B; F6 j' D+ T% x其實這段本是被我刪掉的。但是想想還是貼上來吧,。是否正確,,諸君多考慮。
+ Q  ?" ~1 Z, Y0 c我們先不糾結(jié)等式替換性的問題,。我們還是說那個極限,。" t# t" _6 I4 Z& e+ T% L; J/ h
假設(shè),我們真的遇見一個函數(shù),,b=a/sin(α),。那么當α->0時,b的情況如何呢,?
. n3 J' z. l) K- `6 R1 z$ W于是大學生跳出來了,,當α->0時,lim sin(α)=0,, 所以,,b=a/0,,應(yīng)該是無窮大。
7 J5 y6 ?% s( {* g所以,,問題又來了,。當我們說一個函數(shù)的極限的時候,能不能直接躲開其中的常數(shù)呢,?6 u3 h  i" a( |0 Y" e8 _! N
我們來看,,如果求lim b (α->0),那么就等于求 lim a/sin(α)   (α->0),。這個沒有問題,。, J8 G. Z0 f0 L
但是從 lim a/sin(α)   (α->0)到 a / lim sin(α)      (α->0)。這又是不能輕易寫出來的,。
1 E6 y* f( D' y& Z原因很簡單啊,,極限的定義是強調(diào)函數(shù)收斂,很顯然,,sin(α) 在 α=0 處收斂,。但,sec(α) 在α=0 處是完全發(fā)散的,。也就是說,,在這個計算過程中,我們又非常容易的滑進了另外一個疏漏之中,。我們可以求出一個收斂函數(shù)的極限,,但對發(fā)散的函數(shù)無能為力啊。

5 F- t/ H! x, m" s4 n# Q1 R. ]
6 q, m# T3 W, m; D好吧,。,。。也許還有很多,。我們不一一甄別了。我想說的不是這個問題的正確性,。我只是想提醒大家,,我們對于數(shù)學的應(yīng)用,很大程度上存在這樣或那樣的遺漏,。而這些遺漏使得我么最后的計算結(jié)果并不可靠,。而這些不可靠會成為爭執(zhí)的源頭。9 `4 J! n* ]6 Y; v

1 u: M: k! l+ \“且慢,,且慢,。不要離席�,!蔽覀冋f了這么多,,可不是為了說明大家的遺漏或者疏忽,。我們是要談和工程的統(tǒng)一。而這部分是希望大家探討的,。我無法給出一個正確的答案,,只是提出我的想法和觀點。等待高人的參與,。
$ U/ N% x  o+ s) B& T" q0 {/ u對于,,工程應(yīng)用,我們可以肯定的一個前提就是,,你希望你應(yīng)用的結(jié)果最后一定是唯一的,。而不是可以這樣也可以那樣的。這么說不是限制你設(shè)計的功能單一性,,而是限定其中的不確定性,。比如發(fā)動機一打火,既可能正轉(zhuǎn),,也可能反轉(zhuǎn),。這種二元性是不可能被希望的。因此,,在這個前提上,,我們可以做如下一個推理。
3 Y4 |9 l3 w* i+ _, l我們假設(shè)我們設(shè)計參綜合序列為一個集合 {Xn}, 我們的設(shè)計方法,、結(jié)構(gòu)等為計算函數(shù) f(x),, 而得到的結(jié)果為 另一個集合{Yn}。 那么一定存在 {Xn} -> f(x) -> {Yn},。換句話說,,通過一個函數(shù)表達,參數(shù)序列中的每一組參數(shù)都對應(yīng)唯一的一個結(jié)果(Yn值),。而同樣的,,對于一個固定的f(x),每一個 {Yn}值,,也一定存在一組來自 {Xn}的參數(shù)能得到它,。換句話說,{Xn} 雙射于{Yn},。也就是說,,我們的設(shè)計參數(shù)序列集合同我們的設(shè)計結(jié)果集合是等勢的。" `* H' ]+ R  P; j
3 v- |8 h7 y" R
我不知道這樣一個假設(shè)的完備性如何,。但如果其是完備的,,那么一定會對我們使用帶來促進意義。壇子里有很多數(shù)學方面的大俠。如果有興趣,,希望能看到各位的討論,。無論結(jié)果如何,都將是一件很有意義的事兒,。
6 K- A# c* }; T! T  U. T( j: G/ w

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參與人數(shù) 2威望 +501 收起 理由
逍遙處士 + 1
老鷹 + 500

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2#
發(fā)表于 2015-12-2 06:44:31 | 只看該作者
對樓主的數(shù)學有質(zhì)疑的,,我也有個推理,那是因為你自己不會,。$ u/ S/ s  b3 h& u( ]7 W3 G
正如認為計算啊,,數(shù)學不重要的家伙,是因為他自己計算不行,,數(shù)學不行,,為了讓自己給自己找臉,說了一些欠抽的話,。在現(xiàn)實工作中,,他絕不敢說這話,因為讓人笑話,。孰不知這樣會影響自己的價值觀的,,最終也會在現(xiàn)實中體現(xiàn)出來。' C( d* v7 ^/ J9 V
樓主不必介意,,可以繼續(xù)引申話題,,諸如公式計算,編程計算,,有限元軟件,,與工程需要的關(guān)系。

點評

α∈ [0,pi/2],,a,b∈R+,這個定義域給的有點問題吧,零應(yīng)該是圓括號  發(fā)表于 2015-12-5 22:41
大俠起的真早~  發(fā)表于 2015-12-2 09:40
探討技術(shù)不能罵人,,這是工程師基本修養(yǎng),。我替你編輯了。  發(fā)表于 2015-12-2 08:05
唉,。數(shù)學實在太深了,。所以,,大俠的話很有道理。因為潛不下去,,所以總會有諸多的質(zhì)疑,。我不敢說自己水平高,只是希望諸君能多顧及數(shù)學嚴謹?shù)囊幻�,。以免帶來不好的后果�?nbsp; 發(fā)表于 2015-12-2 07:22

評分

參與人數(shù) 1威望 +1 收起 理由
劉嵩 + 1 思想深刻,,見多識廣!

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3#
發(fā)表于 2015-12-2 08:24:14 | 只看該作者
工程應(yīng)用中很多數(shù)學的邊界條件沒有滿足,,所以才有這樣那樣的錯誤,,要成為具備科學嚴謹思想的工程師比較難,樓主的言論很讓人共鳴,!

點評

所以,,希望能構(gòu)建一個統(tǒng)一的途徑,以減少出現(xiàn)問題的可能,。對于需要大量計算和邊界假設(shè)的情況,,如果出問題,那將是災(zāi)難,。  發(fā)表于 2015-12-2 08:56
4#
發(fā)表于 2015-12-2 08:29:20 | 只看該作者
怎么說也是大清早,,對我們而言,發(fā)了一篇長論$ n5 B7 u+ o1 w% @; v" |7 A7 k' J
文字水平不錯,,別的就不議論了

點評

冬天了,,天干物燥,多喝水,,喝點蜂蜜,,吃點水果,少上火,。  發(fā)表于 2015-12-2 09:17
大俠如果有高論,,還希望能賜教。如果我所寫有錯誤之處,,也請指出,。  發(fā)表于 2015-12-2 08:57
5#
發(fā)表于 2015-12-2 09:02:32 | 只看該作者
有理論數(shù)學與應(yīng)用數(shù)學之分
6#
發(fā)表于 2015-12-2 09:13:45 | 只看該作者
我遇到這樣一個問題     在做螺桿轉(zhuǎn)子型線方程時   曲線1的參數(shù)方程為x1=7.5*cos(t)+82.5  y1=7.5*sin(t),曲線2的參數(shù)方程為x2=33.1818*cos(t)+56.8182   y2=-33.1818*sin(t)     dy1/dx1=-cot(t)     dy2/dx2=-cot(t)    當t相同時    dy1/dx1=dy2/dx2; C2 O- J- z* E" c
如果說  可導(dǎo)必連續(xù)的話  就會出現(xiàn)一個問題      假如把曲線1的參數(shù)方程變?yōu)閤1=7.5*cos(t)+80  y1=7.5*sin(t), 顯然曲線1和曲線2就不連續(xù)了+ O% k* @' d6 y. r

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圓可以能用方程表示 方程是不是函數(shù)的特殊一種  發(fā)表于 2015-12-4 12:29
你這兩曲線不就是兩圓嗎,?是不可導(dǎo)的吧,?  發(fā)表于 2015-12-2 12:28
是的 dy2/dx2=cot(t) 也就是 dy2/dx2=dy1/dx1 時 cot(t)等于0 或者t為0時 cot(t) 與-cot(t)不存在 可仍然有問題 導(dǎo)數(shù)相等 曲線不連續(xù)  發(fā)表于 2015-12-2 10:31
。,。大俠,,是你寫的方程不對,還是什么的。dy2/dx2我怎么算著等于cot(t)呢  發(fā)表于 2015-12-2 10:07
7#
發(fā)表于 2015-12-2 09:14:51 | 只看該作者
      不管工程還是其他,,數(shù)學只是一種計算工具,。原理、結(jié)構(gòu)認知不夠,,數(shù)學功底再好也算不出結(jié)果,,他不知道應(yīng)該用什么公式,或者說用哪種公式計算才會正確,。
; H* L* h' O% o* Q6 k      有人可能要跳出來說我數(shù)學不行,,跑這裝B來了。呵呵,,我數(shù)學不好,,連積分和微分都分不清。但對于事物或機構(gòu)的基本認知還是有的,,不可能誰拿一堆計算結(jié)果出來,,就失去自己的判斷。外行看“熱鬧”,,起碼也要拿出“熱鬧”來給我看,,拿個冷笑話出來我笑不出。

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你也說了是通過數(shù)學表達,。  發(fā)表于 2015-12-2 16:19
好多物理現(xiàn)象發(fā)現(xiàn),,不都是通過數(shù)學表達出來的嗎?  發(fā)表于 2015-12-2 15:53
奧巴馬致電普京:今年圣誕節(jié)吃什么,?普京:火雞  發(fā)表于 2015-12-2 09:43
8#
發(fā)表于 2015-12-2 09:46:44 | 只看該作者
對于研究問題,,很多時候往往會忽視基本概念的定義、應(yīng)用范圍,、邊界條件等,;這很大程度上就造成很多爭論和失誤。5 E6 u4 |+ p3 a! r1 P" a0 @

. N3 f$ f4 u4 B' h- {樓主的基礎(chǔ)知識真的很扎實,,很是欽佩,!
9#
發(fā)表于 2015-12-2 09:53:56 | 只看該作者
數(shù)學是工程設(shè)計中的基礎(chǔ),數(shù)學建模與計算也是工程計算中的關(guān)鍵,。在工程設(shè)計中根據(jù)自己已知條件及設(shè)定邊界,,化歸為數(shù)學方法來解決,所以選擇正確的數(shù)學方法和計算方法,,才能滿足我們工程設(shè)計中所要求達到的精度和可靠性,。

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曲滑的問題用滑塊位移求解運動方程有一個邊界條件。就是曲柄處的勻速運動,。否則就會出現(xiàn)8爺說的撞墻,。這個是不能忽略的,。而這個部分如果直接不分邊界的求解,有些東西就被忽略掉了,。  發(fā)表于 2015-12-2 12:18
這是我個人的認識,他們之間的如何聯(lián)系,,這個我還講不了,。我可以發(fā)下我能查到資料,大俠參考下吧,。謝謝,!  發(fā)表于 2015-12-2 11:17
大俠,關(guān)于這個我認識的沒有那么深,,我以我個人的膚淺理解及應(yīng)用,。比如說,曲滑機構(gòu)中的滑塊所能的兩個極點位置,,根據(jù)這個列出運動方程,,在依次求解微分方程。求出所需的量在進行相應(yīng)桿件的力學分析,。  發(fā)表于 2015-12-2 11:15
大俠能談?wù)劰こ踢吔缗c數(shù)學邊界如何正確的聯(lián)系起來嗎,?  發(fā)表于 2015-12-2 10:54

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參與人數(shù) 1威望 +1 收起 理由
zerowing + 1 思想深刻,見多識廣,!

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10#
發(fā)表于 2015-12-2 09:56:01 | 只看該作者
哈哈,,大蝦 ,數(shù)學是必須學的,,沒有什么理由說‘我不會’,,不會怎么玩工程,工程技術(shù)說白了,,統(tǒng)統(tǒng)都是數(shù)學,,( Q  j  p9 S; y: G. y( I0 f

7 I/ Y& p) V$ \9 }) i: J2 |自己焊接的機架為什么裂,自己不懂,,這就是沒學數(shù)學啊,,另外,加熱,,冷卻,,披露計算,統(tǒng)統(tǒng)都是數(shù)學,,玩到振動了,,就更是數(shù)學,

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z俠說的是,,看金屬學基礎(chǔ)知識,,什么自由能啦,,擴散系數(shù)啦,形核等等,,深入學的話必須依靠數(shù)學工具  發(fā)表于 2015-12-2 17:36
8爺玩過連續(xù)油管嗎,?有可能要內(nèi)部跳船了  發(fā)表于 2015-12-2 17:33
晶格上的問題,從擴散理論到形核到長大,,其實也都是一個個數(shù)學計算累積起來的,。其實來說,看一本材料學,,除去理解那些描述形成的過程,,其都都是數(shù)學。  發(fā)表于 2015-12-2 10:13
這點一直緊尊8爺教誨,。一個東西玩得越深,,數(shù)學的東西就越多。8爺這話實在是點睛,。工程其實就是數(shù)學,。  發(fā)表于 2015-12-2 10:10
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