超實用中學數學概念筆記:從原理&規則建構公式×方程式×函數×圖形的進階實力!

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難波博之
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具体描述

  超人氣數學網站作者親自傳授
  劃時代的數學思維解析&訓練
  不曾想過的問題、學校不會解釋的原理,
  細微分解、層層突破,真正理解數學的「規則」&「事實」!
 
  為什麼負負得正?
  為什麼「a×b」會寫成「ab」?
  為什麼直角三角形的邊長關係是「a⊃2;+b⊃2;=c⊃2;」?
 
  3大主題重新認識數學!
  全書以國中程度的數學為主軸,並初步介紹高中也會學到的數學,
  無論是作為學生輔助教材、大人重新認識/學習都超實用!
 
  [TOPIC 01:公式與計算]
  正數與負數/因式分解/根號/指數……
  
  [TOPIC 02:方程式與函數]
  一次、二次方程式/比例/一次函數……
 
  [TOPIC 03:圖形]
  避世定理/三角板/中點/球的體積……
探索無限的宇宙:當代物理學的宏偉藍圖 一場深入當代物理學核心的旅程,揭示我們對物質、能量、時空以及宇宙運作法則的最新理解。 本書並非傳統意義上的教科書,它是一份精心編織的思維地圖,旨在引領對物理學前沿領域懷有濃厚興趣的讀者,穿梭於量子力學的奇異世界、相對論的時空彎曲,以及宇宙學對起源與終極命運的宏大追問之中。我們將暫時擱置課本中基礎的運動學、牛頓力學的靜態框架,轉而聚焦於那些定義了二十世紀和二十一世紀物理學革命的關鍵概念、實驗證據與未解之謎。 第一部分:量子的幽靈與實在的結構 現代物理的基石建立在量子力學之上,它以一種完全顛覆古典直覺的方式重塑了我們對基本實在的認知。 1. 量子場論的基礎:粒子作為激發態 我們將從對粒子本質的深刻反思開始。在量子場論(QFT)的框架下,粒子不再是獨立、不可分割的小球,而是瀰漫於整個時空的量子場的激發態。這種觀點不僅解釋了粒子如何產生和湮滅,也為後續理解標準模型奠定了基礎。我們將探討狄拉克方程所預言的反物質的必然性,以及如何通過微擾論和費曼圖來計算和視覺化高能散射的過程。 2. 測不準與疊加:概率與實在的邊界 海森堡的測不準原理不僅僅是測量儀器的限制,它揭示了自然界固有的概率性質。本書將深入解析波函數的物理意義,以及薛丁格繪景與海森堡繪景的數學等價性。更具爭議性的是,我們將討論測量問題的核心困境——當一個疊加態如何「崩塌」成一個確定的本徵態時所發生的非連續性轉變。從多世界詮釋(MWI)到退相干(Decoherence)理論,我們將比較當前主流的解釋框架,分析它們在解釋實驗結果上的優劣。 3. 標準模型:物質的統一拼圖 標準模型是迄今為止對電磁力、弱核力和強核力(透過夸克和膠子描述)最成功的統一理論。我們將追溯從電弱統一到漸近自由概念的發展歷程。重點將放在希格斯機制的引入,解釋質量是如何從對稱性自發破壞中產生的,以及自2012年發現希格斯玻色子以來,物理學家如何利用其性質來限制可能的新物理學。標準模型並非終點,其局限性——例如無法解釋引力、暗物質和暗能量——將成為下一部分探索的動機。 第二部分:時空與引力的幾何學 愛因斯坦的相對論徹底改變了我們對空間、時間和引力的理解,將它們統一為一個動態的四維時空結構。 4. 廣義相對論:時空是動態的 本書將側重於廣義相對論(GR)的幾何學核心。我們將探索愛因斯坦場方程的物理圖像:物質和能量如何決定時空的曲率,以及時空曲率如何反過來指導物質的運動(即引力)。讀者將能理解測地線的概念,這是廣義相對論中物體自由落體的軌跡。我們將討論GR的關鍵預測,包括水星軌道的近日點進動、引力紅移,以及對引力波的早期理論預測。 5. 黑洞的奇點與視界 黑洞是廣義相對論最極端的表現。我們將詳細探討史瓦西解和克爾解所描述的無毛定理、事件視界以及奇點的結構。霍金教授對黑洞熱力學的貢獻至關重要,我們將分析為什麼黑洞必須具有熵和溫度,以及由此導出的霍金輻射如何預示著量子效應在強引力場中的重要性。黑洞蒸發所引發的信息悖論將作為連接量子力學與引力的核心難題被提出。 6. 宇宙學的黃金時代:大爆炸與膨脹 本書將全面檢視標準宇宙學模型(Lambda-CDM)的證據基礎。從哈勃對星系退行的觀測,到宇宙微波背景輻射(CMB)的精確測量(如COBE、WMAP和Planck任務的發現),我們將看到一個自大爆炸以來不斷膨脹和演化的宇宙圖像是如何建立起來的。我們將特別關注暴脹理論(Inflation),它成功地解決了早期宇宙的平坦性問題和視界問題,並預測了CMB中微小的溫度擾動,這些擾動被視為後來結構形成的種子。 第三部分:前沿與統一的嘗試 當代物理學的焦點正轉向那些超越標準模型和廣義相對論的邊界。 7. 暗面:暗物質與暗能量的謎團 我們對宇宙中絕大多數(約95%)內容物的性質知之甚少。我們將嚴謹地審視支持暗物質存在的各種觀測證據,包括星系旋轉曲線、星系團動力學以及引力透鏡效應。同時,對暗能量的探討將從發現宇宙加速膨脹的驚人事實出發,討論當前基於宇宙學常數(Lambda)的解釋,以及它與量子場論預測的真空能之間存在的巨大數量級差異(即「真空災難」)。 8. 弦論與圈量子引力:尋求萬有理論的努力 面對將引力納入量子框架的挑戰,理論物理學家提出了幾種宏大的候選理論。我們將介紹弦論的核心思想——將基本粒子替換為一維的弦,以及需要額外空間維度的要求。隨後,我們將轉向另一條截然不同的道路——圈量子引力(LQG),它試圖對時空本身進行量子化,將時空結構視為離散的「量子泡沫」。本書不會宣稱任何一方是最終答案,而是客觀分析這些理論在數學自洽性和實驗可檢驗性方面的挑戰與機遇。 9. 資訊、熵與時空:重力作為湧現現象的觀點 近年來,物理學家開始從更底層的資訊理論角度重新審視時空和引力。AdS/CFT對應(反德西特/共形場論對應)揭示了引力理論與無引力量子場論之間的深刻數學聯繫,暗示了引力可能是某種底層資訊處理的湧現現象。我們將探討量子糾纏在構造時空幾何中的潛在角色,這代表了對愛因斯坦理論的極為深刻的重新詮釋,或許是通往最終統一理論的關鍵線索。 總結而言,本書旨在提供一個當前物理學家正在思考的問題、使用的工具以及面臨的困境的全面概覽。它要求讀者具備對邏輯推理的熱情和對自然界深層規律的好奇心,引導讀者直面人類知識的最前沿。

著者信息

作者簡介
 
難波博之
 
  1991年出生,在岡山縣長大。東京大學工學部畢業。東京大學大學院情報理工學系研究科碩士畢業。自懂事起便喜歡數字和圖形,國中一年級時,幾乎全憑自學而學會高中數學。高中時曾獲在墨西哥舉辦的國際物理奧林匹亞競賽銀牌。大學時代,用「Masuo」的名義開設以「深入淺出教導深奧的數學定理」為宗旨的網站「高中數學的美麗物語」。在大學生、考生及數學愛好者間迅速引起話題,成為單月400萬點閱數的超人氣網站。現在於大型企業從事研究開發工作,同時仍繼續經營「高中數學的美麗物語」網站。著有《高中數學的美麗物語》、《從原理開始理解數學:計算×圖形×應用》。

图书目录

序 

課外活動①
學校沒教的超奧妙國中數學世界

課外活動②
「通則」讓國中數學簡單十倍,變得更有趣! 

第1章 公式與計算

正負數①
0並不是「空無所有」的意思?

正負數②
為什麼負負得正?
 
文字式
為什麼「a×b」寫成「ab」

展開式
為什麼(a+b) ⊃2;=a⊃2;+2ab+b⊃2;呢?

展開式的「通則」
(a+b)⊃3;、(a+b)⁴等展開式的指數增加會怎麼樣?

因式分解
為什麼a⊃2;-b⊃2;=(a+b)(a-b)呢?

因式分解的「通則」
因式分解也能建立通則嗎?

根號
為什麼√3≒1.732呢?

指數定律
為什麼a⊃2;×a⊃3;=a⁵呢? 

第2章 方程式與函數

方程式的移項
為什麼運算符號換邊就會改變呢?

聯立方程式
什麼是聯立方程式?

二次方程式
二次方程式的兩種解法

函數
什麼是「函數」

一次函數
為什麼y=ax+b的圖形是直線呢?

抛物線
為什麼y=ax⊃2;的圖形稱為「抛物線」呢?

第3章 圖形

相似形
「相似三角形」的規則與事實

畢氏定理
為什麼直角三角形的邊長關係是「a⊃2;+b⊃2;=c⊃2;」

三角板
為什麼三角板的規格是「45°45°90°」「30°60°90°」呢?

中點座標
為什麼中點座標要用「平均」找出來呢? 
球的體積
為什麼球的體積公式是4/3πr⊃3;呢? 

補充:平方和
1⊃2;+2⊃2;+3⊃2;+…+(N-1)⊃2;+N⊃2;=1/6N(N+1)(2N+1)的說明

图书序言

  • ISBN:9786263296558
  • 規格:平裝 / 216頁 / 14.3 x 21 x 1.2 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

 
  先問各位以下幾個問題,大家知道原因嗎?
 
  ●為什麼負負得正呢?
  ●為什麼√3≒1.732呢?
  ●為什麼y=2x-1的圖形是直線呢?
  ●為什麼球的體積公式是4/3πr3呢?
 
  以上四個問題都是國中學習的計算、函數、圖形等數學公式。
  但是,如果問「這是為什麼呢?」應該只有少數人能夠準確回答其中的理由。
 
  那麼,究竟該怎麼做才能自信滿滿地回答「為什麼會這樣」的提問呢?
  那就是必須理解「規則」及「事實」的觀點。
 
  學生時期不明白數學公式的原理,只靠囫圇吞棗死背的人,如果能理解「規則」及「事實」的不同觀點,數學觀念將產生180度轉變,理解程度將有驚人的提升。
 
  我上一本從「規則」及「事實」的觀點,解說小學的算術教科書《從原理開始理解數學:計算×圖形×應用》,多虧讀者支持,獲得廣大迴響。
 
  能夠幫助許許多多多社會大眾令我感到欣喜,但同時也令我再次深刻體會竟有那麼多社會人士在學生時期學習數學只靠死背。
 
  本書是繼算術主題推出的第二彈,如同一開始舉出的國中數學計算、方程式、函數、圖形等公式,從「規則」及「事實」的觀點,解說「為什麼會這樣?」
 
  此外,為了讓各位更進一步體會數學的樂趣,本書更推出「通則、特例」的觀點,若是能注意到「通則」,就能快速擴大理解相關的問題,明白國中數學與高中數學的關係,令數學的學習更有趣,因此,為了讓更多人體會其中樂趣,我在本書舉了許多「通則」的例子。
 
  本書和前作同樣透過兩人的對話形式--扮演教師的「Masuo」和不擅長數學的社會人士「瑪莉」,並在解說時兼顧「淺顯易懂」及「周全明白」的原則,讓學生時期不擅長數學的讀者,也能輕鬆愉快地閱讀。
 
  若能讓學生時期對國中數學感到「無聊」、「痛苦」的讀者,透過本書發現數學的樂趣,將是我最大的榮幸。
 
難波博之

用户评价

评分

我对学习资料的选择非常挑剔,尤其是在涉及基础学科时,我更倾向于那些能够引发长期学习兴趣的材料。这本《超实用中学数学概念笔记》确实做到了这一点。它的内容深度和广度都恰到好处,既能满足应试的需要,更重要的是,它培养了一种对数学内在美的欣赏。例如,它在讲解三角函数周期性时,不仅仅是画出正弦波,而是将其与圆周运动联系起来,让抽象的周期性有了具体的物理图像支撑。这种多维度的联结能力,是培养数学家的潜质的关键。而且,这本书的“进阶实力”不是指难度提升,而是指思维层级的提升——它教你如何用代数去描述几何,如何用函数去模拟变化。读完之后,会有一种豁然开朗的感觉,不再觉得数学只是孤立的符号运算,而是一个统一、和谐的逻辑世界。这是我见过的最能激发学生对数学产生敬畏感和热爱的一套学习资料。

评分

说实话,我是一个对数学很有畏惧感的家长,以前总觉得现在的数学越来越难,很多我年轻时都没接触过的知识点,比如高阶函数的处理,看着头都大了。但当我翻开这本笔记时,发现作者的功力真的非常深厚。他没有直接跳到那些复杂的运算,而是从最基础的公理和定义出发,一步步搭建起知识体系。这对于像我一样基础有点薄弱,但又想帮助孩子跟上进度的家长来说,简直是救星。书里对于一些关键概念的辨析非常到位,比如集合和范围的区别,不等式和等式的逻辑差异,这些细节往往是考试失分的关键点,但很少有教材会如此细致地讲解。而且,笔记的语言风格非常沉稳,没有那种浮夸的“速成”保证,而是踏踏实实地引导读者建立“进阶实力”,这种脚踏实地的态度让我非常信赖。它不仅仅是一本辅导书,更像一位经验丰富的数学老师在身边进行一对一的辅导,耐心且专业。

评分

这套书的封面设计真的很抓人眼球,色彩搭配鲜明,一看就知道是为中学生量身打造的,但又不失深度。我孩子刚开始接触这个阶段的数学,很多概念对他来说都有些抽象,尤其是几何和代数交叉的那部分,总是一知半解。但这本书的排版非常清晰,重点突出,像一张张精心制作的思维导图,能把复杂的知识点拆解得非常直观。它不像传统教科书那样堆砌概念,而是更多地侧重于“为什么是这样”,而不是简单的“是什么”。这种注重原理的讲解方式,确实帮孩子建立起一个更坚实的数学思维框架。特别是对于那些爱钻研、不满足于死记硬背公式的孩子来说,这本书简直就是宝藏。它引导你去思考公式背后的逻辑,一旦理解了,很多难题迎刃而解。我们家孩子说,以前觉得函数图表很枯燥,但这本书把它变成了一个个有趣的故事,他现在甚至会主动去探索不同参数变化对图像的影响,这种主动探索精神的激发,比单纯的知识灌输要重要得多。

评分

我女儿是一个对细节要求极高的孩子,她非常注重学习材料的逻辑连贯性和美观度。一开始她对“笔记”这种形式持怀疑态度,认为笔记可能不够系统。但这本书完全打破了她的固有印象。它的结构安排得像是一部精心编排的数学史诗,从最简单的线性关系开始,稳步过渡到二次曲线,再到更抽象的向量空间的概念(虽然是中学范畴内),每向前推进一章,都能明显感觉到自己对整体数学世界的认知在加深。最让我欣赏的是,它没有采用那种填鸭式的例题轰炸。相反,它精选了一些“点睛之笔”的例题,这些例题往往能一题多解,展现了不同的思考角度。我女儿告诉我,她最喜欢看的是那些“思维陷阱”的分析部分,那里详细说明了为什么某些直觉判断是错误的,这让她在做题时更加谨慎和深入。这本书真正培养的是一种批判性思维在数学中的应用。

评分

作为一个长期关注教育前沿的人,我深知“理解”和“应用”之间的鸿沟有多大。很多学生能背下公式,但一遇到变体问题就束手无策。这本书的价值就在于完美地弥合了这一鸿沟。它不仅仅是概念的集合,更是一套完整的“工具箱”构建指南。它会告诉你,当你遇到一个关于最大值和最小值的优化问题时,你应该从哪些公式库里去寻找灵感,以及如何通过图像的变换来直观地预判解的大致范围。我特别注意到其中关于“反证法”和“构造法”在代数证明中的应用部分,写得极其透彻。它把这些高级的证明技巧,用非常日常的语言和图形进行了类比说明,使得那些原本感觉高不可攀的证明题,突然间变得可以触及。这本书的成功之处在于,它将数学的“工具属性”和“艺术属性”完美地结合了起来。

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