Matematică

Cuvântul matematică își are originea în cuvântul grecesc μάθημα máthēma, care însemna „învățare”, „studiu”, „știință”, la rândul lui provenind din verbul manthanein, „a învăța”.^[2] Termenul mathema a căpătat încă din perioada clasică și sensul precis de „studiu matematic”. Adjectivul corespunzător este μαθηματικός mathēmatikós, însemnând „legat de învățare” sau „studios”, iar mai târziu, „matematic”. Din greacă, termenii au fost preluați în latină, unde științele matematice, numite în grecește μαθηματικὴ τέχνη mathēmatikḗ tékhnē, au fost denumite cu pluralul ars mathematica.

Din latină, termenul mathematica a fost preluat în forme asemănătoare în toate limbile europene moderne. Forma aparentă de plural din engleză, ca și pluralul franțuzesc les mathématiques, au revenit în latină sub forma pluralului neutru mathematica (Cicero), pornind de la pluralul grecesc τα μαθηματικά ta mathēmatiká, acesta fiind utilizat de Aristotel cu sensul de „toate lucrurile matematice”.

În română, termenul este preluat din latină, la fel ca franțuzescul mathématique și italienescul matematica.^[3].

Este posibil ca oamenii să-și fi dezvoltat anumite abilități matematice încă înainte de apariția scrierii. Cel mai vechi obiect care dovedește existența unei metode de calcul este osul din Ishango, descoperit de arheologul belgian Jean de Heinzelin de Braucourt în regiunea Ishango din Republica Democrată Congo, care datează din 20.000 înaintea erei noastre^[4][5][6]. Dezvoltarea matematicii, ca bagaj de cunoștințe transmis de-a lungul generațiilor, în primele civilizații, este legată strict de aplicațiile sale concrete: comerțul, gestiunea recoltelor, măsurarea suprafețelor, predicția evenimentelor astronomice și, câteodată, de ritualurile religioase. Aceste nevoi au dus la împărțirea matematicii în ramuri ce se ocupau cu studiul cantității, structurii și spațiului.

Primele descoperiri matematice țin de extragerea rădăcinii pătrate, a rădăcinii cubice, rezolvarea unor ecuații polinomiale, trigonometrie, fracții, aritmetica numerelor naturale etc. Acestea au apărut în cadrul civilizațiilor akkadiene, babyloniene, egiptene, chineze și civilizațiile de pe valea Indului.

În Grecia antică, matematica, influențată de lucrările anterioare și de specificațiile filozofice, generează un grad mai mare de abstractizare. Noțiunile de demonstrație și de axiomă apar în această perioadă. Apar două ramuri ale matematicii, aritmetica și geometria. În secolul al III-lea î.Hr., Elementele lui Euclid^[7] rezumă și pun în ordine cunoștințele matematice ale Greciei antice.

Civilizația islamică a permis conservarea moștenirii grecești și reunirea ei cu descoperirile din China și India, mai ales în ceea ce privește sistemele de numerație. Domeniile trigonometriei (prin introducerea funcțiilor trigonometrice) și aritmeticii cunosc o dezvoltare deosebită. De asemenea, în această perioadă sunt inventate combinatorica, analiza numerică și algebra liniară.

În timpul Renașterii, o parte din textele arabe sunt studiate și traduse în latină. Cercetarea matematică se concentrează în Europa. Calculul algebric se dezvoltă ca urmare a lucrărilor lui François Viète și René Descartes. Newton și Leibniz au inventat, independent, calculul infinitezimal.

În secolul al XVIII-lea și secolul al XIX-lea, matematica cunoaște o nouă perioadă de dezvoltare intensă, cu studiul sistematic al structurilor algebrice, începând cu grupurile (Évariste Galois) și inelele (concept introdus de Richard Dedekind).

În secolul al XIX-lea, David Hilbert și Georg Cantor dezvoltă o teorie axiomatică asupra căutării fundamentelor matematice. Această dezvoltare a axiomaticii va conduce în secolul al XX-lea la definirea întregii matematici cu ajutorul unui singur limbaj: logica matematică.

Secolul XX a fost martorul unei specializări a domeniilor matematicii, nașterea și dezvoltarea a numeroase ramuri noi, cum ar fi teoria spectrală, topologii algebrice sau geometrie algebrică. Informatica a avut un puternic impact asupra cercetării. Pe de o parte, a facilitat comunicarea între cercetători și răspândirea descoperirilor, pe de alta, a constituit o unealtă foarte puternică pentru testarea teoriilor.

În zilele noastre, toate științele utilizează rezultatele muncii matematicienilor și multe alte domenii sunt generate de matematica însăși. De exemplu, fizicianul Richard Feynman, a inventat formularea mecanicii cuantice sub forma integralelor de drum ^[8] folosind o combinație între descoperiri de natură matematică, intuiții fizice și teoria stringurilor, o teorie științifică încă în dezvoltare care încearcă să unifice cele 4 forțe fundamentale din natură, continuând să inspire noi ramuri ale matematicii.^[9] Unele ramuri ale matematicii sunt singurele relevante pentru domeniile pe care le-au inspirat și se aplică în continuare pentru rezolvarea problemelor viitoare. Adeseori însă, matematica inspirată de către un domeniu s-a dovedit utilă în multe altele și a reunit problematica generală a conceptelor matematice. Faptul remarcabil că chiar și matematica pură se reflectă în aplicații practice este redat de ceea ce Eugene Wigner a numit "eficiența irațională a matematicii" Arhivat în 28 februarie 2011, la Wayback Machine.^[10].

Ca în multe alte domenii, explozia de informații din știință a dus la specializări în matematică. O diferență majoră este între matematica pură și matematica aplicată: cei mai mulți matematicieni își fac cercetările separat într-unul din aceste domenii iar alegerea finală este făcută odată cu terminarea studiilor. Câteva domenii din matematica aplicată au fuzionat cu domenii care prin tradiție erau din afara ei și au devenit astfel discipline noi, cum ar fi statistica, cercetarea operațională, și știința calculatoarelor.

Cei care au înclinații spre matematică găsesc adesea aspecte estetice în multe domenii din matematică. Mulți matematicieni vorbesc despre eleganța matematicii, despre o estetică intrinsecă și o frumusețe ascunsă. Sunt apreciate simplitatea și generalizarea. Se poate vorbi de frumusețea și eleganța unei demonstrații, cum ar fi cazul demonstrației lui Euclid asupra infinității numerelor prime, a metodei numerice de calcul rapid ca în cazul transformatei rapide Fourier. G. H. Hardy, în „A Mathematician's Apology” își exprima credința că aceste considerații estetice sunt, în ele însele, suficiente pentru a justifica studiul matematicii pure.^[11] După Paul Erdős, care ar fi vrut să afle „Cartea” în care Dumnezeu a notat demonstrațiile lui favorite, matematicienii năzuiesc adeseori să găsească demonstrații ale teoremelor care sunt, în special, elegante.^[12][13]) Popularitatea matematicii distractive este un alt indiciu al plăcerii găsite în rezolvarea problemelor de matematică.

Colaborarea între matematicieni și alte tipuri de specialiști este afectată și de faptul că numeroși intelectuali au despre matematică o imagine deformată și simplificatoare, viziune care a provocat multe daune colaborării interdisciplinare, matematicienii fiind priviți cu suspiciune de anumite tipuri de intelectuali^[14]. Această imagine deformată este rezultatul anumitor prezentări didactice înguste^[15], a unei viziuni dogmatice asupra matematicii^[16]. Pentru majoritatea oamenilor matematica constituie cea mai neplăcută amintire din timpul școlii^[17], in loc de a fi o mare desfătare^[18]. Introducerea neadecvată din punct de vedere pedagogic a unor concepte matematice propuse spre studiu de programele școlare, printr-un context insuficient, creează o puternică impresie elevilor că respectivele noțiuni au fost create pentru a chinui pe elevi^[19].

Formarea gândirii matematice a celor care studiază și motivarea lor să simtă o reală bucurie în efectuarea de investigații și cercetări necesită din partea profesorilor o mai redusă importanță acordată succesului vizibil al unor reacții stereotipe la examene școlare (de exemplu operații de calcul executate mecanic, teoreme și formule redate pe dinafară), complexitatea situației de învățare nelăsând loc intervenției unei proiectări detaliate dinainte, ca într-o lecție model tradițională^[20].

Matematica folosește un limbaj propriu. Cuvinte din limbajul curent, cum ar fi grup, inel sau corp pot avea un înțeles diferit în limbajul matematic. Mai des însă, termenii sunt creați și introduși în funcție de necesități: izomorfism, topologie, iterație etc. Numărul relativ mare al termenilor noi sau cu înțeles schimbat face ca înțelegerea matematicilor avansate de către nespecialiști să fie dificilă.

Limbajul matematic se bazează și pe formule. Acestea conțin anumite simboluri, unele împrumutate din calculul propozițional, cum ar fi implicația logică ${\displaystyle \Rightarrow }$  sau operatorul pentru negație ${\displaystyle \neg }$ , altele în legătură cu calculul predicatelor (simbolurile pentru „toți/oricare (ar fi)” ${\displaystyle \forall }$  și „există” ${\displaystyle \exists }$ ). Cea mai mare parte din notațiile folosite în prezent au fost introduse după secolul al XVI-lea^[21].

Motivul principal pentru care au fost introduse simbolurile și termenii noi îl reprezintă necesitatea exprimării cât mai clare sau exacte și concentrate a ideilor (o caracteristică comună științelor exacte, numită rigoare). Rigoarea este necesară pentru a evita teoremele false, generate de interpretări eronate datorate ambiguității sensului unor cuvinte din limbajul natural obișnuit. Limbajul matematic este strâns legat și necesar utilizării in demonstrație matematică. Aceasta evidențiază natura de sistem deductiv a matematicii.

Trebuie subliniat faptul că există și un limbaj matematic (metalimbaj) ce descrie matematica însăși. Acest limbaj este logica.

Carl Friedrich Gauss, el însuși cunoscut ca „prinț al matematicii”, numea matematica „regină a științelor”.

În latină – Regina Scientiarum, în germană – Königin der Wissenschaften. Ambele expresii sunt legate de cuvântul „știință” care înseamnă (domeniu de) cunoștințe. Într-adevăr, în acest sens, nu există îndoieli că matematica este o știință. Restrângerea sensului de știință doar la domenii specializate care studiază natura nu mai este de actualitate. Dacă ar fi considerate științe doar acele domenii ale cunoașterii care se ocupă strict de lumea fizică, atunci matematica, sau cel puțin matematica pură, ar trebui să nu fie considerată o știință. Albert Einstein spunea că „atunci când legile matematicii se referă la realitate, ele nu sunt sigure iar când sunt sigure, ele nu se referă la realitate” (as far as the laws of mathematics refer to reality, they are not certain; and as far as they are certain, they do not refer to reality) ^[22]

Mulți filozofi cred că, neputând fi demonstrată experimental, matematica nu poate fi o știință după definiția dată de Karl Popper.^[23] În anii 1930, lucrări importante de logică matematică au arătat că matematica nu poate fi redusă la logică și Karl Popper a tras concluzia că „cele mai multe teorii matematice sunt, ca și cele din fizică și biologie, deductive: ca urmare, matematica pură, în cele din urmă, devine mult mai aproape de științele naturii ale căror ipoteze sunt presupuneri, așa cum s-a observat recent”^[24]. Alți gânditori, printre care Imre Lakatos, au afirmat că matematica însăși falsifică realitatea.

Un alt punct de vedere ar fi acela că anumite domenii științifice (cum ar fi fizica teoretică) sunt de fapt științe matematice cu axiome care corespund realității. Cercetătorul în fizică teoretică J. M. Ziman a propus ca științele să fie considerate cunoștințe publice iar matematica să fie inclusă între ele. În orice caz, matematica are multe părți comune cu științele fizice, folosindu-se de studiul logic al unor ipoteze. Intuiția și experimentele au, de asemenea, roluri importante în formularea ipotezelor, atât în matematică, cât și în (alte) științe. Matematica experimentală continuă să capete o importanță tot mai mare între științele matematice, în acest sens, computerizarea și simularea jucând roluri tot mai importante în științe și în matematică, slăbind astfel obiecțiile potrivit cărora matematica nu ar utiliza metode științifice.

În 2002, în cartea sa, „A New Kind of Science”, Stephen Wolfram susținea că matematica computațională merită să fie explorată empiric, ca orice domeniu științific cu toate atributele. Opiniile matematicienilor în această privință sunt diferite. Mulți dintre ei cred că a denumi acest domeniu o știință înseamnă a-i reduce importanța laturii sale estetice și a-i denatura istoria sa în cadrul celor 7 (șapte) arte libere; alții, dimpotrivă, susțin că ignorarea interferențelor cu științele înseamnă a vedea cu un singur ochi deoarece aplicațiile matematicii în științe și inginerie au adus multe inovații în matematică. Într-un fel, aceste puncte de vedere diferite s-au transformat în dezbateri filozofice: dacă matematica a fost și este creată (ca în artă) sau descoperită (ca în știință). A devenit un fapt obișnuit să vezi universități care au incluse secții de Știință și Matematică, arătând în acest fel că aceste două domenii sunt privite ca fiind aliate dar nu identice. În practică, matematicile sunt în general grupate cu științele la nivele grosiere, după care sunt separate pe parcursul specializării. Aceasta este una din chestiunile care fac obiectul filosofiei matematicii.

Premiile în matematică sunt în general ținute separat de echivalentele lor din știință. Cel mai prestigios premiu în matematică este Medalia Fields, stabilit în 1936 și acum acordat odată la 4 (patru) ani. Este adesea considerat, în mod eronat, echivalentul premiilor Nobel pentru științe. Premiul Wolf pentru Matematică, instituit în 1978, recunoaște realizările pentru întreaga viață iar alt mare premiu internațional, Premiul Abel, a fost introdus în 2003. Acestea sunt acordate pentru lucrări speciale, care pot fi inovații sau rezolvări ale unor probleme remarcabile dintr-un domeniu anume. O faimoasă listă de 23 de probleme deschise de acest fel, numită „Problemele lui Hilbert”, a fost alcătuită de matematicianul german David Hilbert în 1900. Această listă a devenit celebră printre matematicieni și în cele din urmă nouă dintre ele au fost rezolvate. O listă nouă, intitulată „Problemele pentru premiul mileniului", a fost publicată în 2000. Soluționarea fiecăreia dintre ele aduce un premiu de 1 milion de dolari celui care o rezolvă. Numai una dintre ele (Ipoteza lui Riemann) se regăsește între problemele lui Hilbert.

Studiul cantității începe cu numerele (mai întâi cu numerele naturale și întregi) și cu operațiile aritmetice. Alte proprietăți ale întregilor sunt studiate de teoria numerelor, din care au apărut unele rezultate cunoscute, precum Marea teoremă a lui Fermat, dar și unele teoreme încă nerezolvate: teoria numerelor prime gemene și Conjectura Goldbach.

Pe măsură ce sistemul de numerație a avansat, numerele întregi au fost considerate un subset al numerelor raționale, care la rândul său sunt conținute de mulțimea numerele reale. Numerele reale sunt folosite la reprezentarea funcțiilor continue. Mai târziu au fost introduse numerele complexe, urmate de numerele hipercomplexe: cuaternion, octonion etc.

Un alt domeniu de studiu este dimensiunea mulțimilor, care conduce la numerele cardinale și spre un alt concept legat de infinit: numerele alef, care permit o comparație între mulțimi de dimensiune infinită.

${\displaystyle 0,1,2,\ldots }$	${\displaystyle -1,0,1,\ldots }$	${\displaystyle {\frac {1}{2}},{\frac {2}{3}},0.125\ldots }$	${\displaystyle \pi ,e,{\sqrt {2}},\ldots }$	${\displaystyle i,1+3i,e^{i\pi /3},\ldots }$
Număr natural	Număr întreg	Număr rațional	Număr real	Număr complex

Studiul spațiului a început cu studiul geometriei, mai exact, al geometriei euclidiene. Trigonometria combină spațiul și numerele și cuprinde cunoscuta teoremă a lui Pitagora. Studiile moderne generalizează teoriile asupra spațiului introducând noțiunea de geometrie neeuclidiană în locul celei de geometrie euclidiană. Geometria neeuclidiană ocupă un rol central în teoria relativității generalizate și topologie. Cantitatea și spațiul au roluri importante în geometria analitică, geometrie diferențială și geometrie algebrică. În cadrul geometriei diferențiale apar conceptele de „fascicul de mătase” ([1]fiber bundle) și calculul spațiilor topologice. Geometria algebrică descrie obiectele geometrice prin intermediul unor seturi de soluții ale ecuațiilor polinomiale, combinând conceptele de cantitate, spațiu și studiul grupurilor topologice, acestea combinând noțiunile de structură și spațiu. Grupurile Lie sunt folosite în studiul spațiului, structurii și schimbării. Topologia are foarte multe ramificații și a fost domeniul din matematică cu cea mai mare dezvoltare în secolul XX, cuprinzând faimoasa conjectură a lui Poicaré și controversata teoremă a celor patru culori, a cărei demonstrație, făcută doar pe calculator, nu a fost făcută încă de om.

Subiecte legate de variația funcțiilor matematice sau de variația numerelor.

Multe obiecte matematice, precum mulțimile de numere și funcțiile, au o structură internă. Proprietățile structurale ale acestor obiecte sunt investigate în studiul grupurilor, inelelor, câmpurilor și altor sisteme abstracte, care sunt la rândul lor studiate de algebra abstractă. Un concept important în acest domeniu este cel de vector, generalizat în spații vectoriale. Studiul vectorilor combină trei zone fundamentale ale matematicii: cantitatea, structura și spațiul. Algebra vectorială dezvoltă cercetarea într-o a patra zonă de cercetare fundamentală, cea a schimbării. Un număr de probleme vechi din acest domeniu au fost rezolvate folosind teoria lui Galois.

Teoria numerelor	Algebră abstractă	Teoria grupurilor	Teoria ordinii

${\displaystyle p\Rightarrow q\,}$
Logică matematică	Teoria mulțimilor	Fundamentele matematicii

${\displaystyle {\begin{matrix}(1,2,3)&(1,3,2)\\(2,1,3)&(2,3,1)\\(3,1,2)&(3,2,1)\end{matrix}}}$
Combinatorică	Computație	Criptografie	Teoria grafurilor

Mecanică – Analiză numerică – Lingvistica matematică – Optimizare – Poetica matematică– Probabilitate – Statistică – Teoria jocurilor – Biologie matematică – Criptografie – Teoria informației – Dinamica fluidelor

Topologie – Geometrie – Trigonometrie – Geometrie algebrică – Geometrie diferențială – Topologie diferențială – Topologie algebrică – Algebră liniară – Geometria fractalilor

Axioma paralelelor – Teorema lui Pitagora – Cuadratura cercului – Dublarea cubului – Marea teoremă a lui Fermat – Conjectura lui Goldbach – Teorema de incompletitudine a lui Gödel – Conjectura lui Poincaré – Teorema celor patru culori – Lema lui Zorn – Identitatea lui Euler – Conjectura lui Scholz – Teza Church-Turing

Vezi și Listă de teoreme; Listă de conjecturi.

Ipoteza lui Riemann – Teorema lui Pitagora – Teorema limită centrală – Teorema Gauss–Bonnet – Teorema de factorialitate a lui Gauss

Istoria matematicii – Matematicieni – Concursuri matematice – Gândire laterală

• Ioan Oprea, Carmen-Gabriela Pamfil, Rodica Radu, Victoria Zăstroiu, Noul dicționar universal al limbii române, Editura Litera Internațional, București - Chișinău, 2007 ISBN 978-973-675-307-7
• Postelnicu, V., Coatu, S., Mică enciclopedie matematică, Editura Tehnică, București, 1980
• Răileanu, B., Dicționar englez-român de termeni tehnici și matematici, Contemporary Literature Press, București, 2013. ISBN 978-606-8366-41-8
• Rozsa Peter, Jocul cu infinitul, Editura Științifică, București, 1959
• Eugen Rusu, Psihologia activității matematice, Editura Științifică, București, 1969
• Eberhard Fries, Rudi Rosenberger, Învățămîntul prin cercetare (traducere din limba germană Forschender Unterricht), Editura Didactică și Pedagogică, București, 1973
• ***, Legarea teoriei de practică în studiul matematicii, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1958

• Matematicieni
• Medalia Fields
• Tabel de simboluri matematice
• Semne grafice
• Matematica jocurilor de noroc

• Wikia are un wiki despre: Matematică
• Clasificarea Zecimală Universală Arhivat în 19 octombrie 2014, la Wayback Machine., udcdata.info