26 Sep

数学基本技艺(A Mathematical Trivium)

这是Arnold给物理系学生出的基础数学题。原文是Arnold于1991年,在Russian Math Surveys 46:1(1991),271-278上发的一篇文章,英文名叫 A mathematical trivium,这篇文章是有个前言的,用两页纸的内容吐槽了1991年的学生数学学得很烂,尤其是物理系的。文后附了100道数学题,号称是物理系学生的数学底线。

这是给物理系出的数学题,所以和一般的数学竞赛题目不同,没太多证明题,主要就是计算和解模型,而且还有不少近似估算的,带有明显的物理风格。虽然作者说这是物理系学生数学的底线,但即使对于数学系的学生来说,这些题目还是有不少难度的。网络也有一些题目的答案,但是都比较零散。在这里与大家分享一下题目。什么时候有时间了,或者刚好碰到类似的研究,我也会把题目做做,与各位分享。希望有兴趣的朋友做了之后也把答案与大家交流呀。

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26 Sep

数学基本技艺之23、24(上)

23、求解拟齐次方程$\frac{dy}{dx}=x+\frac{x^3}{y}$
24、求解拟齐次方程$\ddot{x}=x^5+x^2\dot{x}$

把这两道题目放在一起说是因为我觉得这两道题目本质上是一样的,当然,不管怎样,24题更复杂一些。在24题中,设$\dot{x}=y$,则$\ddot{x}=y\frac{dy}{dx}$,于是原方程就变成:
$$\frac{dy}{dx}=x^2+\frac{x^5}{y}$$
这样就跟23题的形式差不多了。

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27 Sep

数学基本技艺之23、24(下)

在上一篇文章中我们得到了第23题的解,本来想接着类似地求第24题,但是看着23题的答案,又好像发现了一些新的东西,故没有继续写下去。等到今天在课堂上花了一节课研究了一下之后,得到了关于这种拟齐次微分方程的一些新的结果,遂另开一篇新文章,与大家分享。

一、特殊拟齐次微分方程的通解

在上一篇文章中,我们求出了拟齐次微分方程$\frac{dy}{dx}=x+\frac{x^3}{y}$的解:
$$(2y+x^2)(x^2-y)^2=C$$
或者写成这样的形式:
$$(y+\frac{1}{2} x^2)(y-x^2)^2=C$$

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1 Nov

月底回家看彗星C/2012 S1 (ISON)

今年的天象中的“重头戏”——C/2012 S1 (ISON)彗星将在月底闪亮登场!

ISON_Comet_captured_by_HST,_April_10-11,_2013

ISON_Comet_captured_by_HST,_April_10-11,_2013

先贴出来自scully.cfa.harvard.edu的数据:

Date TT R. A. (2000) Decl. Delta r Elong. Phase m1 m2
2013 11 24 14 45 42.7 -18 53 56 0.8693 0.3002 17.1 104.3 3.0
2013 11 25 15 01 27.3 -20 05 10 0.8819 0.2551 14.3 107.0 2.5
2013 11 26 15 18 04.6 -21 09 58 0.8998 0.2058 11.4 109.3 1.8
2013 11 27 15 35 58.3 -22 05 30 0.9244 0.1502 8.2 110.4 0.7
2013 11 28 15 56 28.2 -22 43 29 0.9594 0.0826 4.6 106.9 -1.3
2013 11 29 16 23 17.5 -19 52 57 0.9762 0.0322 1.8 107.7 -4.5
2013 11 30 16 21 22.4 -16 20 32 0.9125 0.1145 5.3 127.4 -0.2
2013 12 01 16 19 11.8 -13 59 07 0.8681 0.1757 8.1 128.1 1.2
2013 12 02 16 17 23.9 -11 56 02 0.8309 0.2281 10.6 127.3 2.0
2013 12 03 16 15 54.3 -10 00 54 0.7980 0.2754 13.0 126.1 2.5

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26 Dec

体积与阿达马不等式

阿达马不等式
设有$n$阶实矩阵$\boldsymbol{A}=(a_{ij})_{n\times n}$,那么它的行列式满足阿达马(Hadamard)不等式
$$\begin{equation}
\left(\det \boldsymbol{A}\right)^2 \leq \prod\limits_{i=1}^{n}\left(a_{1i}^2+a_{2i}^2+\dots+a_{ni}^2\right)
\end{equation}$$

这是阿达马在1893年首先发表的。根据体积就是行列式的说法,上述不等式具有相当明显的几何意义。当$n=2$时,它就是说平行四边形的面积不大于两边长的乘积;当$n=3$时,它就是说平行六面体的体积不大于三条棱长的乘积;高维可以类比。这些结论在几何中几乎都是“显然成立”的东西。因此很难理解为什么这个不等式在1893年才被发现。当然,代数不会接受如此笼统的说法,它需要严格的证明。

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28 Dec

矩阵描述三维空间旋转

本节简单介绍用矩阵来描述旋转。在二维平面上,复数无疑是描述旋转的最佳工具;然而推广到三维空间中,却要动用到“四元数”了。为了证明四元数的相关结论,我们需要三维旋转的矩阵描述。最一般的旋转运动为:绕某一根轴旋转$\theta$角度。这样我们就需要三个参数来描述它:确定一根轴至少需要两个参数,确定角度需要一个参数。因此,如果要用“数”来描述三维空间的伸缩和旋转的话,“三元数”显然是不够的,完成这一目的至少需要四元数。这也从另外一个角度反映了三元数的不存在性。

矩阵方法
首先我们认识到,如果旋转轴是坐标轴之一,那么旋转矩阵将是最简单的,比如向量$\boldsymbol{x}=(x_0,y_0,z_0)^{T}$绕$z$轴逆时针旋转$\theta$角后的坐标就可以描述为
$$\begin{equation}
\boldsymbol{R}_{\theta}\boldsymbol{x}\end{equation}$$

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28 Dec

《费恩曼物理讲义》在线版

在线阅读地址:
http://www.feynmanlectures.caltech.edu/

刚在浏览《朗道集结号》的微博时,发现了这一造福大众的消息。难得的是,这个在线版通过MathJax使用Latex排版,阅读效果完全丝毫不输于纸质版的,还可以自由复制。只是遗憾只有英文版的,也许有一天心血来潮,我也弄个在线的中文版出来,呵呵。一切皆有可能。

费曼的物理讲义是一套地地道道的物理书,它是一次美妙的物理之旅。纵使你可能已经读过相当多的物理教材,但是读读费曼的讲义还是大有裨益的,它给我们讲述了什么才是物理,怎么才能学物理。

19 Jan

宇宙驿站服务器升级完毕

这一周科学空间时断时续的,原因是原来的服务器两个内存条坏了,内存不够用。

后来天文台决定给我们换一台服务器,这两天主要在转移数据,从而不能访问。

目前,基本上已经转移好了,服务器升级工作基本完成。新服务器的升级,CPU从原来的8核升级为48核,内存从16GB升级为64GB。再次感谢国家天文台宇宙驿站给予我们的服务^_^感谢各位技术人员的努力,让我们一起把中文科普事业做得更好~