ریاضیات و کاربردها
لوئیس لیتهلد
ترجمهی مهدی بهزاد
مرکز نشر دانشگاهی
جوئل هاس، جورج بی.توماس، موریس دی. ویر
ترجمهی سیامک کاظمی
دانشگاه صنعتی شریف
آر.ای آدامز
ترجمهی علیاکبر عالمزاده
دانشگاه صنعتی شریف
لوئیس لیتهلد
ترجمهی مهدی بهزاد
مرکز نشر دانشگاهی
جوئل هاس، جورج بی.توماس، موریس دی. ویر
ترجمهی سیامک کاظمی
دانشگاه صنعتی شریف
آر.ای آدامز
ترجمهی علیاکبر عالمزاده
دانشگاه صنعتی شریف
ریاضی همان درسی است که بعضیها از آن میترسند و بعضی دیگر عاشقش میشوند. فرقشان معمولا در این است که کدامشان به کتاب درست رسیدهاند. اگر دنبال کتاب ریاضیات و کاربردها میگردید، چه دانشجوی ریاضی و مهندسی باشید، چه دانشجوی رشتهای که ریاضی را ابزار کار میداند، چه کسی که خودش میخواهد دوباره ریاضی بخواند، این صفحه راهنمای شماست. در ادامه میبینید ریاضیات دانشگاهی چه مسیری دارد، هر مبحث چه کتابی میخواهد و چطور کتابی انتخاب کنید که واقعا با آن پیش بروید.
نسخهی چاپی کتابها را میتوانید آنلاین سفارش بدهید. قیمت و موجودی هر کتاب هر روز بهروز میشود و مشخصات هر کتاب در صفحهی خودش است.
ریاضیات را میشود از دو نگاه دید. نگاه اول ریاضیات محض است: ساختن نظریه، اثبات قضیه و کشف رابطه میان مفهومها، فقط به خاطر زیبایی و دقت. نگاه دوم ریاضیات کاربردی است: استفاده از همین ابزارها برای حل مسئلههای واقعی در فیزیک، مهندسی، اقتصاد، زیست و علوم داده.
مرز این دو دقیق نیست. بسیاری از ابزارهای کاربردی، مثل معادلههای دیفرانسیل یا جبر خطی، از دل ریاضیات محض آمدهاند. و بسیاری از شاخههای محض، مثل نظریهی احتمال، با مسئلههای عملی رشد کردهاند. کتابهای ریاضیات و کاربردها همین دو دنیا را کنار هم میگذارند. در این دسته هم کتابهای درسی پایه میبینید و هم کتابهایی که به کاربردها نزدیکترند.
ریاضی شبیه یک ساختمان است. اگر پایه سست باشد، طبقههای بالاتر لرزان میشود. برای همین بهتر است بدانید هر کتاب به کدام طبقه تعلق دارد. یک مسیر معمول در دانشگاه به این شکل است:
این ترتیب فقط یک راهنماست. بعضی دانشگاهها ترتیب دیگری دارند. اما تقریبا همه از حساب دیفرانسیل و انتگرال شروع میکنند، چون تقریبا همهی بقیه به آن تکیه دارند.
اگر تازه وارد دانشگاه شدهاید، احتمالا اولین درس ریاضیتان حساب دیفرانسیل و انتگرال است. این درس دربارهی تغییر است: سرعت یک ماشین، شیب یک منحنی، مساحت زیر یک نمودار. همهی اینها با مشتق و انتگرال بیان میشوند.
در فهرست این دسته چند عنوان مرتبط هست. مثلا «حساب دیفرانسیل و انتگرال (جلد دوم)» و «حساب دیفرانسیل و انتگرال و هندسهی تحلیلی (جلد دوم)(ویراست هفتم)». شمارهی جلد و ویراست را در عنوان میبینید و اهمیتشان زیاد است. جلد دوم معمولا با فرض دانستن مطالب جلد اول شروع میشود. اگر جلد اول را ندارید، اول آن را تهیه کنید.
ویراستهای تازهتر معمولا مثالها و تمرینهای بهروزتری دارند و گاهی ترتیب فصلها هم عوض میشود. اگر درس دانشگاهی است، بپرسید استاد کدام ویراست را معرفی کرده است. اگر میخواهید خودتان مطالعه کنید، هر ویراستی که به دستتان رسید فرق زیادی نمیکند، به شرط اینکه تمرینهایش را حل کنید.
اگر بخواهیم یک درس را مهمترین درس کاربردی ریاضی بنامیم، بسیاری از استادان جبر خطی را انتخاب میکنند. ماتریسها، فضاهای برداری، مقدار ویژه و تبدیلهای خطی در مهندسی، علوم داده، گرافیک رایانهای و اقتصاد به کار میروند.
در این دسته عنوانی مثل «جبر خطی (ویراست دوم)» و همینطور «جبر به روش تمرین» در چند کتاب، از جمله «ماتریس و فضای برداری» دیده میشود. اسم مجموعه میگوید که یادگیری از راه تمرین است. این روش برای کسانی که با خواندن صرف چیزی یاد نمیگیرند، جذاب است.
چند نکته برای یادگیری جبر خطی:
بسیاری از پدیدههای طبیعی را میتوان با معادلهای نوشت که نرخ تغییر را به مقدار فعلی وصل میکند: سرد شدن یک فنجان چای، حرکت یک آونگ، رشد یک جمعیت. اینها معادلههای دیفرانسیلاند. کتابی مثل «معادلات دیفرانسیل معمولی» که در فهرست هست از نامش پیداست که دربارهی نوع معمولی آنهاست، یعنی معادلههایی که فقط یک متغیر مستقل دارند.
این درس برای دانشجوی مهندسی و فیزیک اهمیت زیادی دارد و برای دانشجوی ریاضی پلی است به نظریهی پیشرفتهتر. اگر حساب دیفرانسیل و انتگرال را خوب نخوانده باشید، سختی این درس بیشتر حس میشود. پس پیش از آن، مبحث انتگرالگیری را مرور کنید.
در حساب دیفرانسیل و انتگرال ما بیشتر محاسبه میکنیم. در آنالیز میپرسیم چرا این محاسبهها درستاند. حد، پیوستگی و همگرایی بهدقت تعریف و اثبات میشوند. برای همین آنالیز اولین جایی است که بسیاری از دانشجوها با اثباتهای جدی روبهرو میشوند و گاهی از آن میترسند.
در فهرست این دسته عنوان «آنالیز حقیقی و مختلط» هست. آنالیز مختلط دربارهی توابعی است که متغیرشان عدد مختلط است و کاربردهایش در فیزیک و مهندسی برق زیاد است. اگر تازه سراغ آنالیز آمدهاید، به این نکته توجه کنید: آنالیز را نمیشود فقط با خواندن یاد گرفت. باید قلم و کاغذ بردارید و اثباتها را خودتان بنویسید.
اول بفهمید قضیه چه میگوید و مثال بزنید. بعد فقط ایدهی اثبات را بخوانید و خودتان جزئیات را بنویسید. اگر گیر کردید، یک مرحلهی دیگر از اثبات را ببینید. با تکرار، قالب اثباتها آشنا میشود.
جبر مجرد، ساختارهایی مثل گروه، حلقه و میدان را بررسی میکند. در نگاه اول ممکن است بیربط به دنیای واقعی به نظر برسد، ولی رمزنگاری، نظریهی کدگذاری و بخشهایی از فیزیک نظری به آن وابستهاند.
در این دسته کتابهایی مثل «درسی در نظریهی گروهها»، «کتابهای دامیز (اصول جبر ۲)» و «هندسهی جبری مقدماتی» دیده میشود. عنوان «هندسهی جبری مقدماتی» نشان میدهد که موضوعش پیوند جبر و هندسه است و مقدماتی است، اما این به معنای ساده بودن نیست. برای آن معمولا به پایهی جبر و کمی توپولوژی نیاز دارید.
اگر سراغ جبر مجرد میروید، این پیشنهادها به کارتان میآید:
احتمال ریاضیات نامعلوم است. دربارهی چیزهایی که مطمئن نیستیم حساب و کتاب میکند: آمار بیمه، ارزیابی ریسک، یادگیری ماشین، بازیهای شانسی. کتابی مثل «نظریهی احتمال و کاربردهای آن» که در این دسته هست، از همین رو به ریاضیات و کاربردها پیوند میخورد. عنوانش خودش میگوید که هم نظریه دارد و هم کاربرد.
اگر دانشجوی آمار یا مهندسی هستید، احتمال را باید محکم بدانید. اگر به آمار علاقه دارید، دستهی آمار را هم ببینید. احتمال و آمار به هم وابستهاند و هر دو را کنار هم بخوانید.
شهود در احتمال گاهی گمراه میکند. مسئلههایی هست که جواب درستشان بر خلاف حدس اولیه است. اگر جواب مسئله برایتان عجیب بود، مسئله را شبیهسازی کنید یا با شمارش کوچک بررسی کنید.
همهی خوانندگان این کتابها دانشجوی ریاضی نیستند. دانشجوی فیزیک، مهندسی، اقتصاد، کامپیوتر و حتی زیستشناسی هم ریاضی میخوانند. برای آنها ریاضی ابزار است نه هدف. اگر شما هم اینطور هستید، این توصیهها به کارتان میآید:
دستهی فیزیک و فیزیک مهندسی کتابهایی دارند که ریاضی را به کار میگیرند. اگر ریاضی را در بستر فیزیک بهتر میفهمید، به آنها سر بزنید.
ریاضی را نمیشود با تماشا یاد گرفت. مثل شنا کردن است: تا وارد آب نشوید، بلد نمیشوید. کتابهایی که تمرین و مسئلهی زیاد دارند، برای همین ارزش دارند. عنوان «جبر به روش تمرین» در همین حوزه است و اسمش هم همین را میگوید.
چند اصل برای حل تمرین:
کتابهای پاسخدار مفیدند، به شرط اینکه وسوسهی نگاه کردن زودهنگام به پاسخ را مهار کنید.
شاید فکر کنید ریاضی فقط به کار امتحان میآید. اما اگر نگاه کنید، پشت بسیاری از چیزهایی که هر روز استفاده میکنید ریاضی است. مسیریاب گوشی شما با نظریهی گراف و بهینهسازی کار میکند. جستوجوی اینترنتی روی جبر خطی تکیه دارد. پیشبینی هوا از معادلههای دیفرانسیل استفاده میکند. حتی وقتی پیامتان را رمزگذاری میکند، ریاضی پشت آن است.
این یعنی کتابهای ریاضیات و کاربردها فقط برای کسانی نیست که میخواهند ریاضیدان شوند. هر کس بخواهد بفهمد فناوری اطراف چگونه کار میکند، از این کتابها چیزی برای یادگرفتن دارد. مهندس، برنامهنویس، اقتصاددان و پزشک پژوهشگر هم به ریاضی نیاز دارند و هر کدام بخش خاصی از آن را بیشتر به کار میبرند.
یکی از دلیلهای نام «کاربردها» این است که ریاضی برای حل مسئلههای واقعی به کار میرود. کار معمولا اینگونه است: مسئلهی واقعی را به زبان ریاضی ترجمه میکنند، که به آن مدلسازی میگویند، مسئلهی ریاضی را حل میکنند و جواب را به دنیای واقعی برمیگردانند.
مثلا اگر بخواهید با منابع محدود بیشترین سود را ببرید، به برنامهریزی خطی میرسید. اگر بخواهید بدانید یک جمعیت چطور رشد میکند، سراغ معادلههای دیفرانسیل میروید. اگر بخواهید از داده نتیجه بگیرید، احتمال و آمار به کمک میآید. توضیح این روشها در کتابهای این دسته در قالب درسهای آنالیز، جبر و احتمال پخش شده است.
یک توصیهی مهم برای مدلسازی: هرگز جواب ریاضی را کورکورانه باور نکنید. بپرسید فرضهای مدل چه بود و آیا جواب با واقعیت جور درمیآید. ریاضی درست، اگر فرض اشتباه داشته باشد، به نتیجهی اشتباه میرسد.
یکی از سادهترین راههای پیشرفت در ریاضیات و کاربردها داشتن یک دفتر مخصوص است. این دفتر جای تمرینها و اثباتهاست، نه جای خلاصهی کتاب. در آن هر چیزی را با دست خودتان بنویسید.
چند پیشنهاد برای دفتر:
این دفتر برای امتحان هم خیلی کار میآید، چون هر چیزی که باید مرور کنید در یکجاست و با زبان خودتان نوشته شده است.
اگر شما مدرس یا معلم هستید و کتاب ریاضیات و کاربردها انتخاب میکنید، معیارهای متفاوتی دارید. کتاب باید با سرفصل درس هماهنگ باشد، تمرینهای متنوع داشته باشد و برای سطح دانشجوها قابل فهم باشد. چند نکته:
مدرسها معمولا یک کتاب اصلی و چند کتاب کمکی معرفی میکنند. کتابهای کمکی میتوانند دربارهی همان مبحث توضیح دیگری بدهند یا تمرین اضافه ارائه کنند.
قبل از پایان، چند باور رایج را که مانع پیشرفت میشود کنار بگذاریم.
استعداد کمک میکند، اما تمرین بیشتر از آن اثر دارد. بسیاری از کسانی که ریاضی را خوب میدانند، فقط بیشتر تمرین کردهاند و از اشتباه نترسیدهاند.
خیلی از مفهومها بعد از چند بار خواندن و چند بار تمرین جا میافتند. فهمیدن در ریاضی معمولا تدریجی است.
فرمول بدون فهمیدن، در مسئلهی تازه به کار نمیآید. بفهمید فرمول از کجا آمده و چه وقت درست است.
کتاب سادهتر برای شروع گاهی بهتر است. کتابی که میفهمید و با آن پیش میروید، از کتابی که سنگین است و کنار میگذارید بهتر است.
در ریاضیات و کاربردها، جزئیات خرید مهم است. چند اشتباه رایج را ببینیم:
وقتی یک کتاب چند جلد دارد، مثل حساب دیفرانسیل و انتگرال که جلد دوم آن در فهرست هست، حتما مطمئن شوید که جلد درست را سفارش میدهید.
ویراستهای مختلف یک کتاب ممکن است شمارهی تمرینهایشان فرق کند. اگر استاد از شمارهی تمرین کتاب تکلیف میدهد، ویراست را چک کنید.
بعضی کتابها ترجمهی فارسی کتابهای خارجیاند. ترجمهی خوب میتواند کمک بزرگی باشد، ولی اصطلاحهای فارسی همیشه یکسان نیستند. اگر میتوانید، اصطلاح انگلیسی را هم بدانید تا در مقالهها و کتابهای دیگر گم نشوید.
مشخصات هر کتاب، از جمله ناشر و ویراست، در صفحهی خودش آمده است. پیش از سفارش آن را بخوانید.
ریاضی با مطالعهی مداوم یاد گرفته میشود، نه با شب امتحان. این برنامه را برای یک فصل یا ترم تنظیم کنید:
یک نکتهی روانی هم اضافه کنیم: احساس گیج بودن در ریاضی طبیعی است. حتی ریاضیدانان حرفهای هم مدتها روی یک مسئله گیج میمانند. اگر سختی میکشید، معنایش این نیست که استعداد ندارید.
برای اینکه تصویر روشنتر شود، چند عنوان از فهرست را مرور میکنیم. برای هر کدام فقط آنچه از نامش برمیآید را میگوییم و توضیح کامل در صفحهی خود کتاب است.
دقت کنید که اینها فقط بخشی از فهرستاند. برای دیدن عنوانهای بیشتر، صفحهی دسته را مرور کنید.
در فهرست این دسته عنوانی هم مانند «نقش ریاضیات در علوم» که با یادداشت «ریاضیات پیشدانشگاهی» آمده، دیده میشود. این عنوان نشان میدهد که بعضی کتابها برای دورهی پیش از دانشگاه یا گذار به دانشگاهاند. برای کسی که میخواهد بداند ریاضی در علوم چه نقشی دارد، چنین کتابهایی نقطهی خوبی برای شروعاند.
اگر سالها از ریاضی دور بودهاید و میخواهید برگردید، از همین کتابهای سادهتر شروع کنید و کمکم بالا بروید. لازم نیست خودتان را با کتابهای سنگین آنالیز یا جبر مجرد امتحان کنید.
این دسته بخشی از علوم پایه است. کتابهای شیمی محض و زمینشناسی از دیگر شاخههای همین مجموعهاند. ریاضی در همهی آنها ابزار اصلی است و اگر به این رشتهها هم علاقه دارید، کتابهایشان را ببینید.
اگر میخواهید ریاضی را در بستر داده و آمار ببینید، دستهی آمار و اگر در بستر فیزیک، دستهی فیزیک را مرور کنید. ریاضی زبان مشترک اینهاست.
با حساب دیفرانسیل و انتگرال شروع کنید. اگر دانشجو هستید، همان کتابی را بخرید که استاد معرفی کرده است. اگر خودتان میخوانید، کتابی را انتخاب کنید که تمرین زیاد دارد.
در بسیاری از دانشگاهها هر دو در یک ترم یا در ترمهای نزدیک به هم ارائه میشوند. مبانی جبر خطی به فهم بخشهایی از معادلات دیفرانسیل کمک میکند. اگر مجبور باشید انتخاب کنید، جبر خطی را اول بخوانید.
در صفحهی هر کتاب مشخصات ویراست آمده است. اگر برای درس دانشگاه میخرید، از استاد یا سرفصل بپرسید که کدام ویراست مدنظر است.
هیچ قاعدهی کلی وجود ندارد. کتاب فارسی معمولا با سرفصلهای دانشگاههای ایران هماهنگتر است. کتاب ترجمهشده هم گاهی مثالها و تمرینهای بیشتری دارد. اگر میتوانید، فهرست مطالب و نمونهی صفحهها را مقایسه کنید.
بله، اما سختتر است. اگر خودآموز کار میکنید، کتابهایی را انتخاب کنید که توضیح روشن و پاسخ تمرین دارند و بهطور منظم تمرین حل کنید. بحث با یک همراه هم کمک بزرگی است.
مبانی ریاضی تغییر زیادی نمیکند، اما ویراستهای جدید ممکن است مثالها و تمرینهای تازه و توضیح بهتر داشته باشند. برای مبانی، یک ویراست قدیمیتر هم میتواند کاملا کارآمد باشد.
بله، نسخهی چاپی را میتوانید آنلاین سفارش بدهید. قیمت و موجودی هر کتاب هر روز بهروز میشود و مشخصات هر کتاب در صفحهی خودش است.
ریاضیات و کاربردها از حساب دیفرانسیل و انتگرال تا جبر مجرد و احتمال، دنیایی است که با صبر و کتاب مناسب باز میشود. مهم است که بدانید کجا هستید، هدفتان چیست و کدام کتاب با سطح شما جور است. با پلههای پایین شروع کنید، تمرین را جدی بگیرید و از گیج شدن نترسید.
حالا میتوانید کتابهای این دسته را ببینید، عنوانها را مقایسه کنید و نسخهی چاپی کتاب مناسب خودتان را آنلاین سفارش بدهید. مشخصات هر کتاب در صفحهی خودش است.