数学物理方法有多重要,数学物理学习方法归纳总结举例

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-07 10:26:03


我们再举几个数学发挥重要作用的例子。第一个例子是CT成像,CT肺部影像是帮助医生确诊该病的重要依据,而它的原理其实是数学中的拉东变换。


数学物理方法有多重要,数学物理学习方法归纳总结举例(5)

拉东(1887-1956)


拉东是奥地利数学家,他在变分法、微分几何、测度论等方面有重要贡献,拉东变换就是以他命名的。


数学还在土木工程中发挥了重要作用。无论是桥梁、水坝,还是高层建筑,在设计中都需要用到有限元方法对其结构进行应力分析。


有限元方法是求解微分方程的一类数值方法。二十世纪50年代末至60年代初,我国计算数学的奠基人和开拓者冯康在解决大型水坝计算问题的集体研究实践的基础上,独立于西方创造了一套求解偏微分方程问题的计算方法,当时他称之为“基于变分原理的差分方法”,也就是如今所指的有限元方法。1984年,冯康还开创性地提出了基于辛几何以计算哈密顿体系的方法,即哈密顿体系的保结构算法。此类算法在天体轨道计算等诸多方面有广泛应用,他因此获得了1997年国家自然科学奖一等奖。


1982年,他推荐笔者(时为他的硕士生)去剑桥大学攻读博士学位,学习优化理论,并对笔者说:“你要出国就不要学有限元,要学有限元就不要出国!”大有“老子有限元天下第一”的自信和霸气。冯康一家人都是国之栋梁,他的姐夫叶笃正是著名气象学家,曾获国家最高科学技术奖。弟弟冯端是著名物理学家。


数学物理方法有多重要,数学物理学习方法归纳总结举例(6)

冯康(1921-1993)


在地球勘探中,为什么我们能知道看不见、摸不着的地下结构,了解油、气、煤等资源的分布情况呢?除了钻井直接取样这样的高成本方法,更多的是依赖间接的方法,即地球物理勘探,而其核心则可以归结于数学中的求解微分方程反演问题。


数学物理方法有多重要,数学物理学习方法归纳总结举例(7)


数学在天气预报中同样发挥着核心作用。现代天气预报的准确性不仅依赖先进的探测技术(如卫星、雷达),更需要倚靠先进的数值天气预报模式以及快速的计算方法。而后者在本质上都是数学问题。我国著名气象学家、应用数学家曾庆存曾获得2019年度国家最高科技奖,他也是世界上第一个用原始方程进行天气预报的科学家。


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