اهمیت شناخت بعد چهارم

 

 

 مفاهیم مهم زیادی در ارتباط با بعد چهارم مطرح است مانند:

 

  • آیا انسان یک موجود سه بعدی است یا اینکه محدودیت های فضای سه بعدی ما رو به این صورت نشان میدهد؟
  • اگر یک موجود چهار بعدی وجود داشته باشد به واقع این موجود چگونه می تواند باشد ؟
  • اگر فرض کنیم فرشتگان موجودات 4 بعدی اند آیا شنیدن صدای آنها برای یک موجود زمینی امکان پذیر است ؟  

·  یک موجود 4 بعدی می تواند برای ما یک موجود برتر باشد چنین موجودی می تواند هر چیزی را در اطراف ما ببیند .مثلا  بدون هیچ برشی به راحتی می تواند محتویات درون شکم یک انسان را ببیند. درست مثل شما که می توانید یک نقطه را از داخل یک دایره دو بعدی در جهت عمود به صفحه خارج کنید یک موجود 4 بعدی هم می تواند هر چیزی رو از داخل یک پوسته محصور 3 بعدی خارج کند.

·  یک موجود 4 بعدی می تواند اشیا را از مقابل شما بر دارد بدون اینکه شما حتی احساس ناپدید شدن آن شی هم داشته باشد.

·  یک موجود3 بعدی می تواند مثلا یک تومور سرطانی را بدون هیچ گونه برشی به پوست از مغز ما خارج کند یا اینکه  تمام گره های 3 بعدی قابل باز شدن به دست یک موجود 4 بعدی است همان گونه که شما می توانید یک گره دو بعدی  را (مثلا  یک حلقه که در یک صفحه قرار دارد ) به راحتی با بالا بردن سر طناب به داخل فضای3 بعدی باز کنید.

·  یک جفت دست کش در چنین فضایی می تواند به راحتی به دو لنگه دستکش برای دست چپ و یا به دو لنگه دستکش دست راست تبدیل شود.

اما چیزی که از روابط ریاضی یافت می شود گویای این نکته است که بیشتر حجم یک موجود مثلا 10 بعدی نزدیک سطح خارجی است

 

علت این امر این است که اگر شما حجم یک کره D  بعدی را در نظر بگیرید این حجم از رابطه زیر بدست می آید:

   V(R) = S(D)*(R^D) / D

زمانی که S زاویه مخروطی (solid angle) در D بعد است و R شعاع. مثلا در 3 بعد داریم:

 

D=3 S(D)=4pi => V(R)=4pi*R^3/3=4/3*pi*R^3  

 

اگر حجم کره هایی به شعاع 1 و 1-a را زمانی که a بسیار کوچک است بررسی کنیم خواهیم داشت:

 

V(1)-V(1-a)=S(D)/D*(1-(1-a)^D)

 

این حجم ذاتاً حجم پوسته بین کره با شعاع 1 و کره با شعاع 1-aاست و به خصوص زمانی که یک کره 10 بعدی داشته باشیم تقریبا 40% حجم در 0.05*R پوسته قرار دارد. در 4 بعد تقربیا 34% حجم، در 3 بعد 27%

در 0.1*Rاست و برای کره 10بعدی در 0.01*R پوسته 65% حجم قرار دارد .

پس اگر موجودی در این بعد قابل فرض باشد باید کلیه علائم حیاتی آن نزدیک به سطح شبه کیسه حیاتی آن باشد.

 

 

·  بحث راجع به شکل ، هندسه و خمیدگی عالم خود به خود ما را به مفهوم بعد 4 هدایت میکند.به این دلیل که انحنای بعد 3ام به بعد 4 ام نیاز دارد .

فراکتال چیست؟

 

 

ما فراکتال‌ها را هر روز می‌بینیم: درختها ، کوهها، پراکنده شدن برگهای پاییزی روی زمین . به این تصویرها که در انتها قابل مشاهده است، نگاه کنید و سعی کنید شباهت بین آنها را درک کنید.
حالا به این تعریف دقت کنید: فراکتال شکل هندسی چند جزیی است که می‌توان آن را به تکه هایی تقسیم کرد که انگار هر تکه یک کپی از " کل " شکل است. حالا دوباره به تصویرها نگاه کنید!
به سختی بتوان باور کرد که چیزی مانند فراکتال‌ها بتواند اینقدر پیچیده و سخت باشد و در عالی ترین سطوح ریاضی به کار رود و در عین حال بتوان به شکل یک سرگرمی خوب به آن نگاه کرد. اگر بخواهیم بترسانیمتان می‌توانیم بگوییم که هندسه فراکتالی حرکت اشکال در فضا را ثبت می‌کند و یا ناهمواری دنیا و انرژی و تغییرات دینامیک آن را نشان می‌دهد ! اما راستش را بخواهید فراکتال چیز ساده ای است به سادگی ابرها یا شعله های آتش.
واژه فراکتال از ریشه ای یونانی به معنای " تکه تکه شده " و"بخش بخش" آمده است و به نحوی تعریف ریاضی اش را در خود دارد. به زبان ساده ، اشکال فراکتالی دارای 3 خاصیت عمومی هستند:
• تشابه به خود 
• تشکیل از راه تکرار 
• بعد کسری 

تشابه به خود self similarity
گربه‌ها ، قناری‌ها و کانگوروها به هم شبیه هستند اگر به نحوی بتوانیم شباهتی بین آنها پیدا کنیم. اما در هندسه تشابه معنای خاصی دارد که حتماً آن را در کتاب ریاضی تان خوانده اید و می‌دانید که تشابه ، یکسانی اشکال در عین متفاوت بودن اندازه هاست. به زبان ساده تر اگر بتوانید با بزرگ یا کوچک کردن دو شکل آنها را درست مثل هم کنید ، آن دو متشابه اند . اما شکل های خود متشابه کدام‌ها هستند؟
اشکال زیادی وجود دارند که فراکتالی نیستند اما خود متشابه اند. به این شکل دقت کنید!
شکل کلی آن یک ذوزنقه است و خودش از ذوزنقه های کوچکتر کنار هم پدید آمده است. این یک مثال از تشابه به خود است.

حالا به این مثلث خاص نگاه کنید.


این مثلث بزرگ که نامش مثلث سیرپینسکی است از مثلثهای مشابه کوچکتر درست شده است که همین طور کوچکتر و کوچکتر هم می‌شوند.
ببینید چند سایز مثلث وجود دارد و آیا همه باهم و با مثلث بزرگ تشابه دارند؟


چند سؤال:
اگر این شکل قرمز را شکل پایه در نظر بگیریم ، در شکل آبی چند نمونه از آن وجود دارد؟
آیا مربع‌ها خود متشابه اند ؟ یعنی می‌توان با مربعهای کوچکتر ، مربع بزرگی ساخت. شش ضلعی‌ها چطور؟
آیا همه دایره‌ها متشابه اند ؟ آیا خود متشابه هم هستند؟

تشکیل از راه تکرار Iterative formation
مقصود از تشکیل از راه تکرار چیست؟ یعنی برای درست کردن یک فراکتال می‌توانیم یک شکل معمولی هندسی ( مثلاً یک خط) را برداریم و با آن یک شکل پیچیده تر بسازیم. بعد با آن شکل به دست آمده شکل پیچیده تری بسازیم ، و همین طور به این کار ادامه دهیم اشکال فراکتالی به این طریق به وجود می‌آیند و برنامه های کامپیوتری متعددی بر ایجاد آنها نوشته شده است. هر کدام از آنها هم اسم و رسمی برای خود دارند مثلاً مثلث سیرپنیکی که قبلاً دیدید یا :
• دانه برف کخ
• فرش سرپینسکی
• اژدهای هرتر - های وی
• مجموعه های جولیا و مندلبروت
ابعاد کسری fractional dimension
همانطور که می‌دانید ، یک نقطه بعد ندارد.
یک خط ، شکلی یک بعدی است
یک صفحه ، دو بعد دارد.
ودر آخر شکلهای حجیم ، سه بعد دارند.
اما فراکتال‌ها می‌توانند بعد کسری داشته باشند ! مثلاً 6/1 یا 2/4 . چطور چنین چیزی امکان دارد؟
اگر یک پاره خط را نصف کنیم چه پیش می‌آید ؟
حالا دو خط داریم که درست مثل هم هستند.
اگر هر دو بعد یک مربع را نصف کنیم چطور ؟ حالا چهار مربع هم اندازه داریم.
با نصف کردن هر سه بعد یک مکعب به هشت مکعب کوچکتر می‌رسیم.
به جدول زیر دقت کنید:

شکل بعد تعداد اشکال متشابه حاصله
پاره خط 1 21=2
مربع 2 22=4
مکعب 3 23=8

چه الگویی وجود دارد ؟ به نظر می‌رسد که بعد ، همان " توان " است. یعنی برای پیدا کردن تعداد اشکال حاصله باید 2 را به توان بعد آن شکل برسانیم.
سپس می‌توانیم یک خط دیگر به این جدول اضافه کنیم:

هر شکل خود متشابه d n=2^d 

دوباره به مثلث آشنای خودمان نگاه کنید.

 

اگر هر ضلع را نصف کنیم چند مثلث درست می‌شود؟ به خاطر داشته باشید که مثلثهای سفید جزو مثلث سیرپنیکی نیستند. با نصف کردن هر ضلع به سه مثلث می‌رسیم یعنی
:

3=2d



3 عددی است بین 21 و22 . کسانی که لگاریتم بدانند ، به راحتی این مسأله را حل می‌کنند. خب می‌بینید که این عدد 5849. 1 یک عدد کاملاً کسری است !

چند فراکتال طبیعی

چند فراکتال کامپیوتری

برای مطالعه بیشتر می‌توانید به آدرسهای زیر مراجعه کنید:

astronomy.swin.edu.au

www.math.umass.edu

www.geom.uiuc.edu

mathforum.org 

کتابخانه هاي ديجيتالي در جهان

AGRICULTURE

FAO Corporate Document Repository

Historic Publications of the Agricultural Experiment station

WAICENT Information Finder

 

ANTHROPOLOGY

Digital South Asia Library

 

ARCHITECTURE

Asian Historical Architecture

 

ART

Artstor Digital Library

Digital Library for the Decorative Arts and Material Culture

 

BIOLOGY

BIODIDAC

 

CHEMISTRY

Free Full-Text Journals in Chemistry

 

COMPUTER

ACM Digital Library

CiteSeer.IST: Scientific Literature Digital Library

Digital Museums

IEEE Computer Society Digital Library

 

ECONOMICS

Caribbean Digital Library

ECONOMIC GROWTH CENTER DIGITAL LIBRARY

UNCTAD: United Nations Conference on Trade and Development Digital Library

 

EDUCATION

19th Century SchoolBooks

National Library of Canada Electronic Collection

 

ENGINEERING

Digital Library for Engineering Education

 

ENGLISH LITERATURE

Early Manuscripts at Oxford University

 

ENVIRONMENTAL STUDIES

Everglades Digital Library

 

GENERALITIES

Questia: The World's Largest Online Library

 

GEOGRAPHY

Alaska Geospatial Data Clearinghouse

Alexandria Digital Library

Cartographic Boundary Files

Maps of the French and Indian War

 

HEALTH

Health Education Assets Library (HEAL)

 

HISTORY

Adams Family Papers

American Memory

Cornell University Library: Windows on the Past

 

 

 

ISLAM

Ahlul Bayt Digital Islamic Library

International Islamic Digital Library

 

ISLAMIC MEDICINE

International Society of the History of Islamic Medicine

Islamic Medical Manuscripts at the National Library of Medicine

 

LAW

Intellectual Property Law Digital Library

Intellectual Property Law WebScape

Islamic and Middle Eastern Law Materials on the Net

 

LIBRARY & INFORMATION SCIENCE

Digital Library for Information Science and Technology

 

MANUSCRIPTS

Manuscript Museum Collection

Mount Athos Manuscript Digital Library

 

MATHEMATICS

The Electronic Library of Mathematics

Internet Mathematics Library

Mathematics WWW Virtual Library

 

MISCELLANEOUS

Berkeley Digital Library SunSite

California Digital Library

Digital Library of Stanford University

Infomine: Scholarly Internet Resource Collections

International Children's Digital Library

The Perseus Digital Library

 

MUSEUMS

American Museum: Congo Expedition 1909-1915

Fine Art Museums of San Francisco

Saint Louis Art Museum

Smithsonian American Art Museum

State Hermitage Museum

 

NEWSPAPERS

Drexel University Libraries - Electronic Newspapers

 

OCEANOGRAPHY

National Sea Grant Library

 

PHILOSOPHY

Chinese Philosophical E-Text Archive

Confucianism and Taoism Digital Texts Resources

The web of American Transcendentalism

 

PSYCHOLOGY

Classics in the History of Psychology

 

REFERENCES

Drexel University Libraries - Electronic Reference Resources

 

SCIENCE

GSDL

National Science Digital Library

 

 

public

 

e-book

www.digital. library.upenn. edu/books

http://promo. net/pg

www.bartlby. com

http://www.ebookloc ator.com

http://www.free- ebooks.net

http://us.ebooks. com

http://www.ebooksnb ytes.com

http://digital. library.upenn. edu/books

http://www.web- books.com

 

e- Journals

www.library. leidenuniv. nl:8003/freejour nlas.htm

http://info. lib.uh.edu/ wj/alpha. html

http://e-journals. org/

http://ejournal. coalliance. org/

http://gort. ucsd.edu/ newjour

منابع کارشناسی ارشد رشته ریاضی

 

۱- ریاضیات عمومی:
* حساب دیفرانسیل و انتگرال و هندسه تحلیلی (۳ جلد):نوشته جورج بی . توماس و راس ال. فینی- ترجمه علی اکبر عالم زاده و داریوش بهمردی
* ریاضیات عمومی - نوشته ایساک مارون - ترجمه خلیل پاریاب

کتاب قویتری در این زمینه :

* حساب دیفرانسیل و انتگرال - نوشته تام.م.آپوستل - ترجمه علیرضا ذکایی و مهدی رضایی دلفی و علی اکبر عالم زاده و  فرخ فیروزان (این کتاب برای مطالعه در طول ترم مفید است و نه برای آزمون ارشد که وقت شما کم است!)
یک توصیه: در ریاضیات عمومی، به دنبال مطالعه مجدد مباحث نباشید و مستقیماً سراغ تست زدن و حل سوالات آزمونهای سالهای گذشته بروید و فقط مباحثی که در آنها ضعف جدی دارید و یا اصلاً نخوانده اید را مطالعه کنید.

۲- معادلات دیفرانسیل:
* معادلات دیفرانسیل - نوشته دکتر عبدالله شیدفر
* معادلات دیفرانسیل - نوشته دکتر مسعود نیکوکار

۳- آمار و احتمالات:
* نظریه احتمالات و نتیجه گیری آماری - نوشته لارسون
* آمار ریاضی - نوشته جان فروند (+والپول) - ترجمه علی عمیدی و محمد قاسم وحیدی اصل
مبانی احتمال - نوشته شلدون راس - ترجمه احمد پارسیان و علی همدانی
 *آزمونهای ریاضی کارشناسی ارشد - دکتر مسعود نیکوکار)
کتاب خلاصه مباحث اساسی کارشناسی ارشد آمار و احتمال - نوشته محسن راد - انتشارات پردازش نیز سرفصل های ارشد را بخوبی پوشش داده است.

*.آمارواحتمالات مهندسی نویسنده دکتر نعمت اللهی

۴- توابع مختلط:
* متغیرهای مختلط و کاربردها- نوشته روئل و.چرچیل و جیمز وارد براون - ترجمه امیر خسروی

۵- جبر ۱:
* نخستین درس در جبر مجرد جلد ۱ و ۲ - نوشته جان ب. فرالی - ترجمه مسعود فرزان
* مباحثی در جبر - نوشته ی. ن. هرشتاین - ترجمه علی اکبر عالم زاده
برای فهم بهتر جبر۱ کتاب زیر پیشنهاد می شود که شامل مثالهای فراوانی می باشد:
* مقدمه ای بر جبر مجرد - نوشته محمد رجبی طرخورانی
در ضمن کتابهای زیر نیز سر فصلهای جبر ۱ و ۲ را بخوبی پوشش داده اند:
* جبر ۱ - نوشته مسعود نیکوکار و محمود غافری
* جبر ۲ - نوشته مسعود نیکوکار و محمود غافری

۶- آنالیز ریاضی ۱:
* اصول آنالیز ریاضی - نوشته والتر رودین - ترجمه علی اکبر عالم زاده
* آنالیز ریاضی - تام م. آپوستل - ترجمه علی اکبر عالم زاده (فقط فصل ۶ که در مرجع قبلی نیست - فصل تابعهای با تغییر کراندار و خمهای با درازای متناهی)

* .آنالیز ریاضی (کتاب ارشد)انتشارات پوران پژوهش نویسنده:دکتر رضوانی

۷- آنالیز ریاضی ۲:
* اصول آنالیز ریاضی - نوشته والتر رودین - ترجمه علی اکبر عالم زاده
* اصول آنالیز حقیقی - نوشته ربرت جی. بارتل - ترجمه جعفر زعفرانی

۸- آنالیز عددی ۱:
* آنالیز عددی - نوشته اسماعیل بابلیان (انتشارات دانشگاه پیام نور)

* آمادگی برای آزمون های کارشناسی ارشد - آنالیز عددی - نوشته سعید زارع زاده و بهروز عبدلی - انتشارات نگاه دانش

۹- جبر خطی:
* جبر خطی - نوشته کنت هافمن و ری کنزی - ترجمه جمشید فرشیدی
* جبر خطی - نوشته مایکل اونان - ترجمه حسن آبادی

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ضرایب هر درس در گرایشهای مختلف ریاضی :
                    ریاضی عمومی   معادلات   آمار   توابع   جبر۱   آنالیز۱   آنالیز۲   عددی۱   جبرخطی
ریاضی محض            ۴                ۲         ۲       ۲       ۳         ۳         ۳          ۲            ۳
ریاضی کاربردی         ۴                 ۲        ۲       ۲        ۱        ۳          ۳         ۳             ۳
آموزش ریاضی          ۴                 ۲        ۲       ۲        ۲        ۳          ۳         ۲             ۳