Понимание математики: интуиция и доказательства

Я думаю, что cogsci может помочь мне в изучении проблемы философии математики. Рассмотрим этот случай (адаптировано из M. Detlefsen, Brouwerian Intuitionism ):

У Люси такое понимание данного математического предмета S, которое мы обычно ассоциируем с мастером-математиком. Джон обладает превосходной способностью манипулировать аксиомами для S в соответствии с логическими средствами.

Проблема: есть ли существенная разница между знаниями Люси об S и знаниями Джона об S? Верно ли, что второй вид знания не предполагает первого? Правда ли, что Люси в значительной степени понимает S), Джон не понимает S в определенной значительной степени.

Есть ли работы в cogsci, которые могут помочь мне в изучении этой проблемы?

Я нашел относительно старую статью (Арбиб, Пиажеовский взгляд на математические построения ), но больше ничего.

Огромное спасибо.

Если это принять как логический аргумент, то он полностью нарушен. В нем явно отсутствует какая-то предпосылка вроде «Выдающиеся математики обладают способностью манипулировать аксиомами». В его нынешнем состоянии вы ничего не намекаете на Люси и Джона и не можете сделать никаких выводов, учитывая предоставленные вами детали.
@Izhaki Мастер-математик не манипулирует аксиомами, как вы, в формальной системе (например, исчисление в стиле Гильберта), чтобы вывести теоремы. Даже когда они сообщают свой результат другим, они не обеспечивают вывод в формальной системе. Обычно мастера-математики даже не знают, как пользоваться формальной системой. Большинство из них даже не знают, что такое исчисление в стиле Гильберта. Однако многие работы по основам математики опираются на формальные системы. Таким образом, можно представить двух когнитивных агентов, описанных выше, и задаться вопросом, отличается ли их эпистемическое управление S, и если да, то чем.
@Izhaki Еще одно замечание: я не привожу никаких аргументов. Я просто привожу сценарий и спрашиваю, есть ли работа в cogsci, посвященная проблеме описания различного понимания S Люси и Джоном. Спасибо.
Способность «манипулировать аксиомами» имеет отношение к познанию. Из ваших комментариев я также понимаю, что такой инструмент не используется мастерами-математиками. Простите мое невежество, но в любом случае я думаю, что другим будет полезно, если вы подробно расскажете о том, как работают или думают мастера-математики.
@Ижаки. Я намеренно дал неясную информацию о том, как работают мастера-математики, потому что именно здесь мне нужна помощь cogsci. Они часто говорят, что полагаются на визуализации, интуицию, догадки, построения, более или менее стандартные методы доказательства и т. д. И они часто говорят, что простая манипуляция символами (даже не просто доказательство теорем) не дает понимания. Что именно они делают и что это за вещь, которую они называют пониманием? Вот где я прошу cogsci о помощи.

Ответы (2)

Я думаю, здесь важно четко понимать, на что Джон действительно способен. Если все, на что он способен, — это правильно манипулировать аксиомами S , то это на самом деле не продвинет его далеко, по крайней мере, по двум причинам. (Именно поэтому компьютерные программы для доказательства теорем имеют существенные ограничения.)

1) Предположим, мы даем Джону конкретную теорему P из S и просим его доказать P. Сможет ли он это сделать? Не обязательно. Существует набор логических шагов, основанных на аксиомах, которые доказывают P, так что это кажется в пределах досягаемости Джона. Но одна проблема здесь связана с вычислительной сложностью . Если Джон просто ненаправленно пытается вывести новые факты S из аксиом в надежде в конце концов прийти к P, количество путей, по которым он может пойти, будет экспоненциально увеличиваться, и это может занять больше времени, чем время жизни. Вселенной, чтобы он пришел к результату. С другой стороны, мастера-математики в области S имеют острую интуицию относительно того, что может быть эффективным путем к доказательству P.

2) Математики делают больше, чем решают ранее указанные открытые проблемы. Они также пытаются создать новые важные проблемы. Математик, не очень хорошо разбирающийся в формальных доказательствах, может, тем не менее, внести существенный вклад, правильно предположив очень интересный результат (даже если его должен доказать кто-то другой).

1) и 2) несколько перекрываются; например, опытный математик может сформулировать лемму L в S, чрезвычайно полезную для доказательства P.

Если Джон не может выполнить 1) и 2), то неясно, действительно ли он очень искусен в S. Если да, то кажется, что, возможно, он не так уж сильно отличается от Люси в конце концов; где-то у него правильная интуиция. Возможно, Люси более осознанно осознает свою интуицию, что, возможно, ведет к дискуссии о том, каково это — испытывать эти интуиции. Но многие интуиции великих математиков не являются следствием сознательной обработки; определенные способы действий просто кажутся им правильными, но они не всегда могут объяснить, почему.

Некоторые выдающиеся математики писали о процессе математических изобретений и о некоторых методах правдоподобных рассуждений в математике. Вот некоторые ссылки:

Жак Адамар. Очерк психологии изобретательства в области математики.

Джордж Поля. Математика и правдоподобные рассуждения, том I: индукция и аналогия в математике. Издательство Принстонского университета, 1954.

Джордж Поля. Математика и правдоподобные рассуждения, том II: модели правдоподобного вывода. Издательство Принстонского университета, 1954.

Анри Пуанкаре. «Интуиция и логика в математике». В: Ценность науки. Доступно здесь: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Extras/Poincare_Intuition.html .

Вы также можете найти интересные статьи Дэвида Талла, областью исследований которого является математическое мышление: http://homepages.warwick.ac.uk/staff/David.Tall/

Как предполагает настоящее, в этих статьях вы можете найти немного информации о символических манипуляциях и много информации о том, как подходить к новым и сложным математическим задачам с помощью аналогии, интуиции и других подобных когнитивных инструментов.