คณิต

คณิตศาสตร์ (อังกฤษ: Mathematics) เป็นศาสตร์ที่ครอบคลุมการค้นคว้าเกี่ยวกับ โครงสร้าง และปริภูมิ คณิตศาสตร์ไม่มีคำนิยามที่เป็นที่ยอมรับกันทั่วไป กล่าวคร่าว ๆ ได้ว่าคณิตศาสตร์นั้นสนใจ "รูปร่างและจำนวน" และเนื่องจากคณิตศาสตร์มิได้สร้างความรู้ผ่านกระบวนการทดลอง บางคนจึงไม่จัดว่าคณิตศาสตร์เป็นสาขาของวิทยาศาสตร์

ยูคลิด (กำลังถือคาลิเปอร์) นักคณิตศาสตร์ชาวกรีก ในสมัย 300 ปีก่อนคริสตกาล ภาพวาดของราฟาเอลในชื่อ โรงเรียนแห่งเอเธนส์

คณิตศาสตร์ในปัจจุบันเป็นคณิตศาสตร์ที่ยึดโยงกับโครงสร้างนามธรรมที่ถูกกำหนดขึ้นผ่านทางกลุ่มของสัจพจน์ และอาศัยการให้เหตุผลที่รัดกุมโดยใช้ตรรกศาสตร์สัญลักษณ์ และสัญกรณ์คณิตศาสตร์

โครงสร้างต่าง ๆ ที่นักคณิตศาสตร์สนใจและพิจารณานั้น มักจะมีต้นกำเนิดจากวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ และสังคมศาสตร์ โดยเฉพาะฟิสิกส์ และเศรษฐศาสตร์ ปัญหาทางคณิตศาสตร์ในปัจจุบัน ยังเกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้ในสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์ และ อีกด้วย

เนื่องจากคณิตศาสตร์นั้นใช้ตรรกศาสตร์สัญลักษณ์และสัญกรณ์คณิตศาสตร์ ซึ่งทำให้กิจกรรมทุกอย่างกระทำผ่านทางขั้นตอนที่ชัดเจน เราจึงสามารถพิจารณาคณิตศาสตร์ว่า เป็นระบบภาษาที่เพิ่มความแม่นยำและชัดเจนให้กับภาษาธรรมชาติ ผ่านทางศัพท์และไวยากรณ์บางอย่าง สำหรับการอธิบายและศึกษาความสัมพันธ์ทั้งทางกายภาพและนามธรรม ความหมายของคณิตศาสตร์นั้นยังมีอีกหลายมุมมอง ซึ่งหลายอันถูกกล่าวถึงในบทความเกี่ยวกับปรัชญาของคณิตศาสตร์

คณิตศาสตร์ยังถูกจัดว่าเป็นศาสตร์ โดยไม่จำเป็นต้องมีการอ้างถึงใด ๆ จากโลกภายนอก นักคณิตศาสตร์กำหนดและพิจารณาโครงสร้างบางประเภท สำหรับใช้ในคณิตศาสตร์เองโดยเฉพาะ เนื่องจากโครงสร้างเหล่านี้ อาจทำให้สามารถอธิบายสาขาย่อย ๆ หลาย ๆ สาขาได้ในภาพรวม หรือเป็นประโยชน์ในการคำนวณพื้นฐาน

ที่มาของคำ

คำว่า "คณิตศาสตร์" (คำอ่าน: คะ-นิด-ตะ-สาด) มาจากคำว่า คณิต (การนับ หรือ คำนวณ) และ ศาสตร์ (ความรู้ หรือ การศึกษา) ซึ่งรวมกันมีความหมายโดยทั่วไปว่า การศึกษาเกี่ยวกับการคำนวณ หรือ วิชาที่เกี่ยวกับการคำนวณ ส่วนในภาษาอังกฤษ คำว่าคณิตศาสตร์ตรงกับคำว่า mathematics ซึ่งมาจากคำภาษากรีกโบราณ μάθημα (máthēma) ซึ่งดั้งเดิมหมายถึง "สิ่งที่ได้เรียน" "สิ่งที่จะได้ทราบ" จึงขยายความหมายออกไปรวมถึงความหมาย "วิทยาศาสตร์, ความรู้, และการเรียน"

ในอเมริกาเหนือนิยมย่อคำว่า mathematics ว่า math ส่วนประเทศอื่น ๆ ที่ใช้ภาษาอังกฤษนิยมย่อว่า maths

จุดมุ่งหมายของคณิตศาสตร์

คณิตศาสตร์มีจุดเริ่มต้นจากปัญหาจำนวนมากที่หลากหลาย ในยุคแรกเริ่มคณิตศาสตร์มาจากความจำเป็นเพื่อการค้า การรังวัดที่ดิน สถาปัตยกรรมศาสตร์และดาราศาสตร์ ในขณะที่ปัจจุบัน วิทยาศาสตร์เป็นสาขาสำคัญที่เสนอปัญหาและนำไปสู่การค้นคว้าหัวข้อใหม่ ๆ สำหรับนักคณิตศาสตร์ ทั้งนี้ยังไม่รวมถึงข้อปัญหาที่เกิดขึ้นจากการศึกษาคณิตศาสตร์ในตัวมันเองของนักคณิตศาสตร์ด้วย

ความรู้ทางด้านคณิตศาสตร์เพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ ผ่านทางการวิจัยและการประยุกต์ใช้ คณิตศาสตร์เป็นเครื่องมืออันหนึ่งของวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม การคิดค้นทางคณิตศาสตร์ไม่จำเป็นต้องมีเป้าหมายอยู่ที่การนำไปใช้ทางวิทยาศาสตร์ (ดู คณิตศาสตร์บริสุทธิ์ และคณิตศาสตร์ประยุกต์)

นอกจากนี้ นักคณิตศาสตร์หลายคนก็ทำงานเพื่อเป้าหมายเชิงสุนทรียภาพเท่านั้น โดยมองว่าคณิตศาสตร์เป็นศาสตร์เชิงศิลปะ มากกว่าที่จะเป็นศาสตร์เพื่อการนำไปประยุกต์ใช้ (ดังเช่น ที่ได้กล่าวไว้ในหนังสือ A Mathematician's Apology) ; แรงผลักดันในการทำงานเช่นนี้ มีลักษณะไม่ต่างไปจากที่กวีและนักปรัชญาได้ประสบ และเป็นสิ่งที่ไม่สามารถอธิบายได้ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กล่าวว่า คณิตศาสตร์เป็นราชินีของวิทยาศาสตร์ ในหนังสือ Ideas and Opinions ของเขา

ประวัติ

ทฤษฎีของตรรกศาสตร์ปรากฏขึ้นในหลายวัฒนธรรมทั่วโลก เช่นในอินเดีย จีน กรีกโบราณและโลกอิสลาม ตรรกศาสตร์ที่ปรากฏในวัฒนธรรมกรีก โดยเฉพาะตรรกศาสตร์แบบอริสโตเติลแบบที่ปรากฏในงาน ถูกใช้แพร่หลายในโลกตะวันตก

ในช่วงศตวรรษที่ 18 นักคณิตศาสตร์ที่สนในปรัชญา เช่นไลบ์นิซ และ มีความพยายามศึกษาตรรกศาสตร์ให้อยู่ในรูปสัญลักษณ์ หรือในเชิงพีชคณิต แต่งานที่พวกเขาทำนั้นไม่เป็นที่แพร่หลายเท่าใดนัก จนกระทั่งจอร์จ บูลและตามด้วย ในช่วงกลางของคริสต์ศตวรรษที่ 19 ได้นำเสนอตรรกศาสตร์แบบอริสโตเติลผ่านรูปแบบเชิงพีชคณิต จุดนี้ก่อให้เกิดการพัฒนาเครื่องมือ ที่สามารถใช้เพื่อศึกษามโนทัศน์พื้นฐานของคณิตศาสตร์ได้ คงจะไม่ถูกนักถ้าจะกล่าวว่าการโต้แย้งเชิงรากฐานที่มีขึ้นในช่วง ค.ศ. 1900 - 1925 ได้พบกับคำตอบที่น่าพอใจแล้ว แต่อย่างไรก็ตามตรรกศาสตร์ 'แนวใหม่' นี้ก็ได้ช่วยให้ความกระจ่างในด้านของเป็นอย่างยิ่ง

ในขณะที่พัฒนาการตามแนวทางดั่งเดิมของตรรกศาสตร์ (ดู) นั้น ให้ความสำคัญอย่างสูงกับ รูปแบบของการให้เหตุผล มุมมองของคณิตตรรกศาสตร์ในปัจจุบันกลับสามารถกล่าวได้ว่าเป็น การศึกษาเชิงการจัดกลุ่มของเนื้อหา (the combinatorial study of content) ซึ่งครอบคลุมถึงส่วนที่เป็น เชิงสังเคราะห์ (เช่น การส่งข้อความจากไปยังคอมไพเลอร์เพื่อเปลี่ยนเป็นภาษาเครื่อง) และส่วนที่เป็น เชิงความหมาย (การสร้างโมเดล หรือเซตของโมเดลทั้งหมดใน)

ผลงานตีพิมพ์สำคัญคือ ของ และ ของเบอร์ทรันด์ รัซเซล

พัฒนาการ

นักคณิตศาสตร์กรีกพีทาโกรัส (ค.ศ. 570 - ค.ศ. 495 ก่อนคริสต์ศักราช) ได้รับการยกย่องในเรื่องที่เกี่ยวข้องกับการค้นพบทฤษฎีบทพีทาโกรัส (Pythagorean theorem)

วิวัฒนาการของคณิตศาสตร์อาจถูกมองว่าเป็นชุดของการเพิ่มขึ้นของภาวะนามธรรมหรืออาจเป็นการขยายตัวของวิชาที่เกี่ยวกับสสาร ภาวะนามธรรมที่เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกนั้น, มีส่วนเกี่ยวข้องกับสัตว์หลาย ๆ ชนิด, เป็นความน่าจะเป็นที่เกี่ยวข้องกับจำนวน

สาขาของคณิตศาสตร์

ในเชิงภาพรวมอาจกล่าวได้ว่า คณิตศาสตร์สามารถแบ่งออกเป็นสาขาย่อย ๆ ตามสิ่งที่ศึกษาได้เป็น การศึกษาปริมาณ โครงสร้าง ปริภูมิและความเปลี่ยนแปลง ซึ่งตรงกับสาขาเลขคณิต พีชคณิต เรขาคณิต และคณิตวิเคราะห์ตามลำดับ นอกจากนี้เราอาจพิจารณาคณิตศาสตร์ผ่านความสมพันธ์กับสาขาอื่น ๆ เช่น คณิตตรรกศาสตร์กับตรรกศาสตร์ คณิตศาสตร์ประยุกต์กับวิทยาศาสตร์ ปัจจุบันเราพบว่าหลายสาขาของคณิตศาสตร์ที่ดูผิวเผินจะไม่เกี่ยวข้องกัน กลับสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง เช่น และทฤษฎีจำนวน ซึ่งดูแยกออกจากกันโดยสิ้นเชิงนั้น เกี่ยวเนื่องกันผ่านมุมมองของ

รากฐานและปรัชญา

หลังจากการพัฒนาทฤษฎีเซตในปลายศตวรรษที่ 19 ทำให้ทฤษฎีเซตกลายเป็นรากฐานของคณิตศาสตร์ที่สำคัญมากที่สุดในรูปแบบหนึ่ง ความพยายามทำความเข้าใจรากฐานนี้ส่งผลให้เกิดการศึกษาคณิตตรรกศาสตร์ และ

${\displaystyle p\Rightarrow q\,}$
คณิตตรรกศาสตร์	ทฤษฎีเซต		ทฤษฎีการคำนวณ

- รากฐานของคณิตศาสตร์ - ทฤษฎีเซต - ตรรกศาสตร์สัญลักษณ์ - - - ตรรกศาสตร์

คณิตศาสตร์บริสุทธิ์

ปริมาณ ระบบจำนวนและทฤษฎีจำนวน

การศึกษาเกี่ยวกับปริมาณเริ่มต้นจากจำนวน จำนวนแรก ๆ คือจำนวนนับหรือจำนวนธรรมชาติ ${\displaystyle \mathbb {N} }$ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี ก่อนจะขยายไปสู่จำนวนเต็ม ${\displaystyle \mathbb {Z} }$ และการดำเนินการที่เกี่ยวข้อง เช่น การบวก การลบ การคูณ การหาร ซึ่งเรียกรวมว่าเป็นการศึกษาเลขคณิต สมบัติที่ซับซ้อนมากขึ้นของจำนวนเต็มถูกศึกษาในวิชาทฤษฎีจำนวน ซึ่งมีทฤษฎีบทที่มีชื่อเสียงเช่น ทฤษฎีบทสุดท้ายของแฟร์มา นอกจากนี้ทฤษฎีจำนวนยังมีข้อความคาดการณ์จำนวนมากที่ยังแก้ไม่ได้ เช่น ข้อความคาดการณ์จำนวนเฉพาะคู่แฝด และข้อความคาดการณ์ของก็อลท์บัค

ระบบจำนวนได้รับการพัฒนาเพิ่มขึ้นเป็นระบบจำนวนตรรกยะหรือเศษส่วน ${\displaystyle \mathbb {Q} }$ และในภายหลังเป็นส่วนหนึ่งของระบบจำนวนจริง ${\displaystyle \mathbb {R} }$ อีกที ซึ่งกำหนดให้เป็นลิมิตของลำดับของจำนวนตรรกยะและเป็นระบบจำนวนที่มีความต่อเนื่อง ระบบจำนวนจริงถูกขยายนัยทั่วไปเป็นระบบจำนวนเชิงซ้อน ${\displaystyle \mathbb {C} }$ และจาก ทุกสมการพหุนามในตัวแปรเดียวที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเชิงซ้อน และไม่ใช่พหุนามคงตัวจะมีรากเสมอ

ระบบจำนวนนับยังถูกขยายต่อโดยแบ่งตามสมบัติที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากจำนวนนับมีหน้าที่ได้สองแบบ คือ จำนวนนับใช้เพื่อบ่งบอกจำนวนของวัตถุในกลุ่ม ๆ หนึ่ง และจำนวนนับใช้เพื่อบ่งบอกอันดับของวัตถุในกลุ่ม ๆ หนึ่ง แนวคิดแรกนำไปสู่จำนวนเชิงการนับซึ่งสามารถใช้เปรียบเทียบขนาดของเซตอนันต์ได้ และแนวคิดหลักนำไปสู่แนวคิดเรื่องจำนวนเชิงอันดับที่

${\displaystyle 1,2,3\,\!}$	${\displaystyle -2,-1,0,1,2\,\!}$	${\displaystyle -2,{\frac {2}{3}},1.21\,\!}$	${\displaystyle -e,{\sqrt {2}},3,\pi \,\!}$	${\displaystyle 2,i,-2+3i,2e^{i{\frac {4\pi }{3}}}\,\!}$	${\displaystyle \aleph _{0},\aleph _{1},\dotsc ,\aleph _{\omega }}$
จำนวนธรรมชาติ	จำนวนเต็ม	จำนวนตรรกยะ	จำนวนจริง	จำนวนเชิงซ้อน

จำนวน - จำนวนธรรมชาติ - จำนวนเต็ม - จำนวนตรรกยะ - จำนวนจริง - จำนวนเชิงซ้อน - จำนวนเชิงพีชคณิต - ควอเทอร์เนียน - ออกโทเนียน - จำนวนเชิงอันดับที่ - - - ค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์ - อนันต์

โครงสร้าง

สาขาเหล่านี้ ศึกษาขนาดและความสมมาตรของจำนวนและวัตถุทางคณิตศาสตร์ต่าง ๆ

ทฤษฎีจำนวน	ทฤษฎีกรุป	ทฤษฎีกราฟ

พีชคณิตนามธรรม - ทฤษฎีจำนวน - ทฤษฎีกรุป - ทอพอโลยี - พีชคณิตเชิงเส้น - -

ปริภูมิ

สาขาเหล่านี้ มักใช้วิธีการเชิงรูปภาพมากกว่าในสาขาอื่น ๆ

เรขาคณิต	ตรีโกณมิติ		ทอพอโลยี	เรขาคณิตสาทิสรูป	ทฤษฎีเมเชอร์

ทอพอลอยี - เรขาคณิต - ตรีโกณมิติ - เรขาคณิตเชิงพีชคณิต - - - - พีชคณิตเชิงเส้น - เรขาคณิตสาทิสรูป

ความเปลี่ยนแปลง

หัวข้อเหล่านี้ เกี่ยวข้องกับการวัดความเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ และความเปลี่ยนแปลงระหว่างจำนวน

แคลคูลัส	แคลคูลัสเวกเตอร์	การวิเคราะห์เชิงซ้อน	สมการเชิงอนุพันธ์		ทฤษฎีความอลวน

แคลคูลัส - แคลคูลัสเวกเตอร์ - คณิตวิเคราะห์ - การวิเคราะห์เชิงจริง - การวิเคราะห์เชิงซ้อน - ทฤษฎีเมเชอร์ - - - สมการเชิงอนุพันธ์ - - ทฤษฎีความอลวน -

วิยุตคณิต

วิยุตคณิต คือแขนงของคณิตศาสตร์ที่สนใจวัตถุที่มีค่าเฉพาะเจาะจงที่แตกต่างกัน

${\displaystyle {\begin{matrix}(1,2,3)&(1,3,2)\\(2,1,3)&(2,3,1)\\(3,1,2)&(3,2,1)\end{matrix}}}$
คณิตศาสตร์เชิงการจัด	ทฤษฎีการคำนวณ	วิทยาการเข้ารหัสลับ	ทฤษฎีกราฟ

คณิตศาสตร์เชิงการจัด - ทฤษฎีการคำนวณ - วิทยาการเข้ารหัสลับ - ทฤษฎีกราฟ

คณิตศาสตร์ประยุกต์

สาขาในคณิตศาสตร์ประยุกต์ ใช้ความรู้ทางคณิตศาสตร์เพื่อแก้ปัญหาในโลกของความเป็นจริง

• ฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์
• กลศาสตร์ของไหล
• การวิเคราะห์เชิงตัวเลข
• การหาค่าเหมาะที่สุด
• ความน่าจะเป็น
• สถิติศาสตร์
• คณิตศาสตร์การเงิน
• ทฤษฎีเกม
• ทฤษฎีระบบควบคุม

คณิตศาสตร์ฟิสิกส์ - กลศาสตร์ - กลศาสตร์ของไหล - การวิเคราะห์เชิงตัวเลข - - ความน่าจะเป็น - สถิติศาสตร์ - คณิตศาสตร์การเงิน - ทฤษฎีเกม - คณิตศาสตร์ชีววิทยา - วิทยาการเข้ารหัสลับ - ทฤษฎีข้อมูล - ทฤษฎีระบบควบคุม

เครื่องมือทางคณิตศาสตร์

• ลูกคิด
• กระดูกนาเปียร์
• ไม้บรรทัด และ
• เครื่องคิดเลข และ คอมพิวเตอร์
• ภาษาโปรแกรม

อ้างอิง

1. ไม่มีภาพหรือคำบรรยายลักษณะรูปร่างของยุคลิดหลงเหลือมายังปัจจุบัน ดังนั้นภาพยุคลิดในงานศิลปะทั้งหมดมาจากจินตนาการของผู้เขียน (ดูเพิ่มที่ ยุคลิด)
2. Mura, Roberta (1993). "Images of mathematics held by university teachers of mathematical sciences". Educational Studies in Mathematics (ภาษาอังกฤษ). 25 (4): 375–385. doi:10.1007/BF01273907. ISSN 0013-1954.
3. "mathematic | Origin and meaning of mathematic by Online Etymology Dictionary". www.etymonline.com (ภาษาอังกฤษ).
4. S. Dehaene; G. Dehaene-Lambertz; L. Cohen (Aug 1998). "Abstract representations of numbers in the animal and human brain". Trends in Neuroscience. 21 (8): 355–361. doi:10.1016/S0166-2236(98)01263-6. PMID 9720604.

ดูเพิ่ม

• เส้นเวลาของคณิตศาสตร์

แหล่งข้อมูลอื่น

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ คณิตศาสตร์

ภาษาไทย

• คณิตศาสตร์เบื้องต้น 2014-11-13 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน จากสารานุกรมสำหรับเยาวชน
• แหล่งรวมความรู้ด้านคณิตศาสตร์ 2008-12-08 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน จากเครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อโรงเรียนไทย

ภาษาอื่น

• สารานุกรมคณิตศาสตร์ (อังกฤษ)
• The Mathematical Atlas 2004-04-03 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน - แนะนำสาขาต่าง ๆ ของคณิตศาสตร์สมัยใหม่
• Planet Math 2005-06-07 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน - สารานุกรมคณิตศาสตร์ เน้นคณิตศาสตร์สมัยใหม่
• MathWorld - สารานุกรมคณิตศาสตร์ เน้นคณิตศาสตร์ดั้งเดิม
• Metamath - อธิบาย และพิสูจน์หลักการทางคณิตศาสตร์ต่าง ๆ อย่างเป็นขั้นเป็นตอน
• Interactive Mathematics Miscellany and Puzzles - บทความ และเกมคณิตศาสตร์ เล่นออนไลน์ได้

ชุมชนไทย

• ศูนย์กลางคณิตศาสตร์ไทย - เว็บไซต์สำหรับผู้มีใจรักคณิตศาสตร์
• เครื่องคิดเลข - เว็บไซต์สำหรับคำนวณเกี่ยวกับคณิตศาสตร์