Математическая формула

Эта статья об обозначениях элементарной математики; Для более общего контекста см.: Математические обозначения.

Математическая формула (от лат. formula — уменьшительное от forma — образ, вид) — принятая в математике (а также физике и прикладных науках) символическая запись законченного логического суждения (определения величины, уравнения, неравенства или тождества).

В более широком смысле формула — всякая чисто символьная запись (см. ниже), противопоставляемая в математике различным выразительным способам, имеющим геометрическую коннотацию: чертежам, графикам, диаграммам, графам и т. п.

Основные виды (численных) формул

Как правило, в формулу входят переменные (одна или более), причём сама формула представляет собой не просто выражение, а некое суждение. Такое суждение может утверждать что-то о переменных, а может — о применяемых операциях. Точный смысл формулы зачастую подразумевается из контекста и его невозможно понять непосредственно из её вида. Можно выделить три распространённых случая:

• Формула должна сообщить, как искать значения переменной (уравнения и т. п.);
• Формула (записываемая как «искомое = выражение») определяет величину через свои параметры (аналогично присваиванию в программировании и иногда записывается через диграф «:=» как в языке Pascal, но в принципе может считаться вырожденным частным случаем уравнения);
• Формула является собственно логическим утверждением: тождеством (например, аксиомой), утверждением теоремы и т. п.

Уравнения

Основная статья: Уравнение

Уравнение — формула, внешняя (верхняя) связка которого представляет собой бинарное отношение равенства. Однако, важная особенность уравнения заключается также в том, что входящие в него символы делятся на переменные и параметры (присутствие последних, впрочем, необязательно). Например, $x^2 = 1$ является уравнением, где x — переменная. Значения переменной, при которых равенство истинно, называются корнями уравнения: в данном случае таковыми являются два числа 1 и −1. Как правило, если уравнение на одну переменную не является тождеством (см. ниже), то корни уравнения представляют собой дискретное, чаще всего конечное (возможно и пустое) множество.

Если в уравнение входят параметры, то его смысл — для заданных параметров найти корни (то есть значения переменной, при котором равенство верно). Иногда это можно сформулировать как нахождение неявной зависимости переменной от параметра (параметров). Например $x^2 = a$ понимается как уравнение на x (это обычная буква для обозначения переменной, наряду с y, z и t). Корнями уравнения является квадратный корень из a (считается, что их имеется два, разных знаков). Следует отметить, что подобная формула, сама по себе, задаёт лишь бинарное отношение между x и a и её можно понимать в обратную сторону, как уравнение на a относительно x. В данном элементарном случае, речь может идти скорее об определении a через x: $a = x^2$.

Тождества

См. также: Тождество

Тождество — суждение, верное при любых значениях переменных. Обычно, под тождеством подразумевают тождественно верное равенство, хотя снаружи тождества может стоять и неравенство или какое-либо другое отношение. Во многих случаях тождество можно понимать как некое свойство используемых в нём операций, например тождество $a+b = b+a$ утверждает коммутативность сложения.

С помощью математической формулы довольно сложные предложения могут быть записаны в компактной и удобной форме. Формулы, становящиеся истинными при любом замещении переменных конкретными объектами из некоторой области, называются тождественно-истинными в данной области. Например: «для любых a и b имеет место равенство $(a+b)^2=a^2+2ab+b^2 \,$». Данное тождество можно вывести из аксиом сложения и умножения в коммутативном кольце, которые сами по себе также имеют вид тождеств.

Тождество может и не включать в себя переменные и являться арифметическим (или каким-то ещё) равенством, как например $6^3 = 3^3 + 4^3 + 5^3\,$.

Приближённые равенства

В 7-8 классе изучают решение уравнений графическим способом. В это время на решение даются простые уравнения("с хорошим корнем") которые легко отыскиваются с помощью графиков, особенно на клетчатой бумаге. Но существуют примеры где с корнем немного иначе. Рассмотрим два уравнения:√х=2-х и √х=4-х. Первое уравнение имеет единственный корень х=1, поскольку графики функций у =√х и у =2-хпересекаются в одной точке А(1,1). Во втором случае графики функций у =√х-фс у =4-х также пересекаются в одной точке А(1,1), но с "плохими" координатами. С помощью чертежа, делаем вывод, что абсцисса точки В примерно равна 2,5. В таких случаях говорят не о точном, а о приближённом решении уравнения и записывают так: х≈2,5.

Неравенства

Основная статья: Неравенство

Формула-неравенство может пониматься в обоих описанных в начале раздела смыслах: как тождество (например, неравенство Коши — Буняковского) или же, подобно уравнению, как задача на отыскание множества (а точнее, подмножества области определения), которому может принадлежать переменная, или переменные.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Используемые операции

См. также: Алгебраическое выражение

В данном разделе будут перечислены операции, используемые в алгебре, а также некоторые общеупотребительные функции из математического анализа.

Сложение и вычитание

См. также: Сложение и Вычитание

Используются знаки «+» и «−» (последний на письме довольно слабо отличим от дефиса). Унарный минус чаще используется лишь при первом (левом) слагаемом, поскольку другие случаи, типа «a + (−b)» и «a − (−b)», ничем не отличаются по смыслу от более простых «a − b» и «a + b» соответственно.

По причине ассоциативности сложения, расстановка скобок для задания порядка выполнения сложения не имеет математического смысла. В алгебре слагаемыми называют аргументы как сложения, так и вычитания. Порядок выполнения вычитания, при отсутствии скобок, таков, что вычитаемым оказывается лишь член, выписанный непосредственно справа от знака вычитания, а не результат выполнения операций каких-либо сложения и вычитания, записанных правее. Таким образом со знаком минус входят в сумму лишь те «слагаемые», непосредственно слева от которых знак «−» имеется.

Умножение

См. также: Умножение

Знак умножения чаще всего опускается. Это не вызывает двусмысленности, поскольку переменные обозначаются обычно одиночными буквами, а выписывать умножение записанных цифрами констант друг на друга бессмысленно. В редких случаях, когда двусмысленности не избежать, умножение обозначается центрированным по вертикали символом точки «·». Символ «×» применяется лишь в школьной арифметике, в технических текстах (в особом контексте), а также некоторые системы вставляют его на месте знака умножения при переносе формулы на другую строку (обычно однако, перенос по знаку умножения избегается).

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Деление

Основная статья: Дробь (математика)

Деление в формулах записывается при помощи дробной черты. В школьной арифметике применяется также «÷» (обелюс).

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Возведение в степень

См. также: Возведение в степень

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Элементарные функции

См. также: Элементарные функции

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Абсолютная величина, знак и т. п.

См. также: Абсолютная величина и sgn(x)

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Приоритет операций и скобки

См. также: Приоритет операции

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Приоритет, ранг или старшинство операции или оператора — формальное свойство оператора/операции, влияющее на очередность его выполнения в выражении с несколькими различными операторами при отсутствии явного (с помощью скобок) указания на порядок их вычисления. Например, операцию умножения обычно наделяют бо́льшим приоритетом, чем операцию сложения, поэтому в выражении будет получено сначала произведение y и z, а потом уже сумма.

Примеры

Например:

$y = \ln(x)+\sin(x) \,$ — функция одного действительного аргумента или однозначная функция ;

$z=\frac{y^3}{y^2+x^2}$ — функция нескольких аргументов или многозначная функция (график одной из самых замечательных кривых — верзьера Аньези) ;

$y = 1 - | 1 - x | \,$ — не дифференцируемая функция в точке $x = 1 \,$ (непрерывная ломаная линия не имеет касательной) ;

$x^3 + y^3 = 3axy\,$ — уравнение, то есть неявная функция (график кривой «декартов лист»);

$t_n=n!\,$ — целочисленная функция ;

$y =y^3 \sin(nx)\,$ — чётная функция ;

$y = \operatorname{tg}(x)\,$ — нечётная функция ;

$f(P) = \sqrt {x^2+y^2+z^2}$ — функция точки, расстояние от точки до начала (декартовых) координат;

$y = \frac{1}{x - 3}\,$ — разрывная функция в точке $x = 3\,$ ;

$x=a[t-\sin(t)]\, ;\ y=a[1-\cos(t)]$ — параметрически заданная функция (график циклоиды) ;

$y=\ln(x),\ x=e^y\,$ — прямая и обратная функции ;

$f(x) = \int\limits_{-\infty}^x |f(t)|\,dt\,$ — интегральное уравнение ;

Ссылки

• Большая советская энциклопедия
• Красивые формулы элементарной математики
• М. Я. Выгодский. Справочник по высшей математике
• Н. К. Верещагин, А. Шень. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 1. Начала теории множеств.

См. также

• Алгебраическое выражение — математическое обозначение, не выражающее законченную мысль.
• Интерполяционные формулы
• Формула конечных приращений
• Формула Симпсона
• Рекуррентная формула
• Формула Эйлера
• ISO 31
• Трансцендентная функция