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我先修習數學,後轉念電腦科學,仍和數學有關,一直在學術機構和大學工作到退休,始終離不開數學,可以說一輩子靠數學吃飯。台灣學生一般在數學上花很多工夫,多數頗為數學所苦,數學到底是什麼?與其他學科有何差別?

科學,不論自然科學,還是社會科學,都是想要了解人類所處的真實世界,研究科學的方法包括觀察和推理,因此大部份學科都要學習觀察和推理兩方面技術,觀察如自然科學的實驗和社會科學的田野調查等,而推理的極致就是數學。

與其他學科不同,數學不管觀察,因此沒有實驗、調查等,只有邏輯推理,數學關心的總是,在什麼假設條件之下,可以推導出什麼結果,假設條件一般表示成所謂的「定義」和「公理」,而推導出的結果則表示成「定理」。以平面幾何為例,平面幾何的基本假設包含直線可以無限延伸,兩條直線若不平行,則終必相交等,根據這些假設,就能推導出三角形的三內角和為180度等定理。

數學推理是絕對嚴格的邏輯,因此數學結果是「絕對真理」,假使真實世界能符合數學理論的假設,則數學推理絕對成立,真實世界必定會呈現數學所推導出的結果,這是數學的強大威力。但是要小心另一方面,真實世界有可能不符合數學理論的假設,數學理論因此無法適用。

數學要從假設推理出結果,因此數學能力包含兩部份,先要能從假設臆測到結果,再以嚴格的邏輯證明結果成立。台灣的數學教育注重考試,而且希望試題有簡單的標準答案,以保證公平性,然而邏輯證明是一些有步驟的敍述,不可能有簡單的標準答案,因此難以成為考題,考試引導教學,造成台灣的數學教育忽略邏輯證明,只教導學生很多解題方法,以臆測到數學結果。忽略邏輯證明,使很多學生對數學是知其然,而不知其所以然,是台灣數學教育並不成功的主要原因,雖然台灣學生在國際數學測驗上一般表現不錯。

缺少邏輯證明的能力會影響創新能力,當一個人想到新方法解決一個數理問題,他/她必須以嚴格的邏輯證明新方法確實有效,否則誰能保證新方法真能解決問題?若缺少邏輯證明的能力,大家只能一直因循舊方法,就沒有創新了。

各種學科都想解決真實世界的一些問題,最好能有精確解,若一時想不到精確解,則尋求近似解,數學的特殊在於它不只希望解決問題,也研究問題是否無解,這是數學與其他學科的另一明顯差異。當然某些問題確定無解,也是在某些數學假設之下,根據嚴格的邏輯推理,獲得證明,例如在平面幾何的基本假設之下,任意角的三等分是無解的。證明某些問題無解,讓人們認清人類能力的有限。

一輩子靠數學吃飯,我的心得是凡事背後都有邏輯推理,不能隨便人云亦云,但是邏輯推理有其極限,真實世界的實證因此極為重要,而人類能力有限,很多問題不可能有大家都滿意的精準解答,人們只能適應接受這個不完美的世界。

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