Математическая формула

Математическая формула

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.

RR5115-0023R.gif

Содержание

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

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

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

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.

Используемые операции

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

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

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).

Деление

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

Возведение в степень

Элементарные функции

Абсолютная величина, знак и т. п.

Приоритет операций и скобки

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

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Математическая формула" в других словарях:

  • Формула — (от лат. formula  форма, правило, предписание): Математическая формула Формула в Microsoft Excel Химическая формула Эпическая формула Физическая формула Зубная формула Формула цветка Магическая формула Формула технических видов… …   Википедия

  • Формула произведения корангов — Формула произведения корангов  математическая формула, выражающая коразмерность множества точек, в которых ядро производной отображения имеет заданную размерность, в виде произведения корангов данного отображения в прообразе и образе.… …   Википедия

  • Формула Грассмана — Формула Грассмана  математическая формула, описывающая размерность подпространства конечномерного пространства. Выведена немецким ученым Г. Г. Грассманом. Формулировка: Если линейное пространство V конечномерно, то конечномерными… …   Википедия

  • Формула Гаусса—Остроградского — Формула Остроградского  математическая формула, которая выражает поток векторного поля через замкнутую поверхность интегралом от дивергенции этого поля по объёму, ограниченному этой поверхностью: то есть интеграл от дивергенции векторного… …   Википедия

  • МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЛОГИКА — одно из названий современной логики, пришедшей во втор. пол. 19 нач. 20 в. на смену традиционной логике. В качестве др. названия современного этапа в развитии науки логики используется также термин символическая логика. Определение… …   Философская энциклопедия

  • Математическая биология — это теория математических моделей биологических процессов и явлений. Математическая биология может быть отнесена к прикладной математике и активно использует её методы. Критерием истины в ней является математическое доказательство. Важнейшую роль …   Википедия

  • ФОРМУЛА — (лат. formula, от forma). 1) точное определение какого нибудь понятия или закона. 2) математический закон, выраженный алгебраическими знаками. 3) в химии: условные обозначения химическ. соединений. Словарь иностранных слов, вошедших в состав… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ — МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ, метод, доказывающий, что математическое утверждение верно для любого положительного целого числа п, если выполняются два условия: 1) оно верно для основной величины, например, 1, и 2) если оно верно для значения k, то… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ДЕМОГРАФИЯ — МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ДЕМОГРАФИЯ, формальная демография, чистая демография, раздел демографии, в к ром количеств. и качеств. закономерности воспроиз ва нас. изучаются матем. методами на основе применения демографич. моделей. В своём историч. развитии М …   Демографический энциклопедический словарь

  • формула — Текст, представляющий собой комбинацию специальных знаков, выражающую какое либо предложение. Примечания 1. Под «предложением» понимается целостная единица речи, представленная в определенной системе знаков. 2. Различаются формулы… …   Справочник технического переводчика

Книги

Другие книги по запросу «Математическая формула» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»