فهرست مطالب
نشریه ریاضی و جامعه
سال نهم شماره 3 (پاییز 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/10/12
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-33این دومین مقاله از یک سه گانه است که به مرور تحولات مهم توپولوژی ابعاد پایین در قرن گذشته می پردازد. با شروع از کارهای پوانکاره در سالهای پایانی قرن نوزدهم و سالهای آغازین قرن بیستم، قدم های اصلی که برای قرار دان خمینه های سه بعدی و توپولوژی جبری مرتبط با آنها در یک چارچوب ریاضی استوار برداشته شد، و قضایای مهمی که فهم این خمینه ها را قوام بخشید را مرور خواهیم کرد. این مرور، با قضایای تجزیه اول خمینه های 3 بعدی و قضیه تجزیه JSJ آغاز می شود. برجسته کردن اهمیت خمینه های 3 بعدی هذلولوی، اثبات قضیه هیولا، و صورت بندی حدس هندسی سازی توسط ترستن نقطه عطف مهمی در مطالعه خمینه های 3 بعدی بوده است. اثبات حدس پوانکاره توسط پرلمان، با استفاده از شار ریچی هامیلتون، این نکته را تایید کرد که گروه بنیادی خمینه های 3 بعدی ناوردایی تقریبا کامل برای این خمینه ها است. با این وجود، مشخص نیست که بسیاری از خصوصیات هندسی خمینه های 3 بعدی چگونه در گروه بنیادی منعکس می شود، و تشخیص این که دو نمایش گروه های بنیادی، گروه هایی یک ریخت را مشخص می کنند یا خیر هم معمولا بسیار دشوار است. راه های موازی برای مطالعه خمینه های 3 بعدی و هم لبگی های 4 بعدی بین آنها با استفاده از ناورداهای آبلی- که کار کردن با آنها ساده تر است- بالاخص شامل نظریه هایی است که در قالب نظریه های توپولوژیک میدان کوانتومی صورت بندی شده اند. چنین نظریه هایی هم در این مقاله مورد اشاره قرار می گیرند. بالاخص، قضیه ای از نویسنده که به توانایی ناورداهای اخیر در تشخیص کره 3 بعدی از سایر خمینه ها می پردازد مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.کلیدواژگان: خمینه های 3-بعدی، حدس پوانکاره، هندسی سازی، شار ریچی، نظریه های پیمانه ای
-
صفحات 35-79
در طول یک دهه ی گذشته یا بیشتر، موجکها تاثیر فزایندهای بر نظریه ی پردازش سیگنال و کاربردهای آن، هم به دلیل نقش [در این شماره بنگرید. فیلتر بانکها که در38 و 42 یکپارچه کننده و هم موفقیت هایشان در کاربرد داشته اند همچنین به قلب الگوریتم های مبتنی بر موجکها قرار دارند، به عملگرهای استانداردی برای پردازش سیگنال بدل شدهاند که به طور معمول تا مودم تلفیق و تفکیک به کار میروند. کارکرد موجکها اغلب در تقابل ظریف بین 1 در کاربردهای گوناگونی از فشردهسازی پردازش سیگنالهای زمانگسسته و زمانپیوسته بوده است. هدف مقاله ی حاضر بررسی پیشرفتهای اخیر موجکها از دیدگاه پردازش سیگنال است. به طور خاص، نتایج تقریب مورد بررسی قرار گرفته شده و مفهوم الگوریتمهای فشرده سازی مورد بحث قرار میگیرند. همچنین ساز و کارهای جدید و مسائل باز را نیز مورد توجه قرار میدهیم.
کلیدواژگان: پردازش سیگنال، فیلتر بانک ها، تبدیل فوریه، تبدیل موجک، تبدیلات گسسته و پیوسته، الگوریتم فشرده سازی، تقریب خطی و غیر خطی -
صفحات 81-100
یک رنگ آمیزی تشخیص از گرافی ساده مانند $G$، عبارت است از یک رنگ آمیزی رئوس $G$ به طوری که تنها خودریختی ای از $G$ که این رنگ آمیزی را حفظ می کند، خودریختی همانی باشد. به عبارت دیگر، این رنگ آمیزی همه ی تقارن های $G$ را «می شکند». عدد تشخیص یک گراف مانند $G$، که با $D (G)$ نمایش داده می شود، کوچک ترین تعداد رنگ مورد نیاز برای یک رنگ آمیزی تشخیص~$G$ است. در این مقاله، علاوه بر مطالعه ی برخی از روابط موجود بین $D (G)$ و پارامترهای مهم گرافی، مفهوم $(D,\alpha) $-عادی بودن یک گراف را تعریف می کنیم که بیانگر مقایسه ی بین $D (G)$ و عدد استقلال $\alpha (G)$ است. سپس طیف وسیعی از گراف ها را از دیدگاه $(D,\alpha) $-عادی بودن مطالعه و رده بندی هایی را برای گراف های دوبخشی، چندبخشی کامل، گراف های جانسون تعمیم یافته و حاصل ضرب های دکارتی و گراف های خط برخی از گراف ها ارائه می کنیم.
کلیدواژگان: گراف، عدد تشخیص، عدد تثبیت کننده، گراف خط، گراف چندبخشی -
صفحات 101-114
در این مقاله، مفهوم $C_{0}$-نیم گروه های شبه محکم معرفی می گردد و مثال هایی از آنها بیان می شود. همچنین خواص آن ها بررسی می شود و چند شرط لازم و کافی برای شبه محکم بودن یک $C_{0}$-نیم گروه ارائه می گردد. ثابت می شود که $C_{0}$-نیم گروه های شبه محکم، بازگشتی هستند و اگر یک $C_{0}$-نیم گروه شامل یک عملگر شبه محکم باشد، خود نیز شبه محکم است. مفهوم به طور توپولوژیکی شبه محکم بودن معرفی می شود و ثابت می شود که یک $C_{0}$-نیم گروه ، شبه محکم است اگر و تنها اگر به طور توپولوژیکی شبه محکم باشد. جمع مستقیم $C_{0}$-نیم گروه های شبه محکم مورد مطالعه قرار می گیرد. نشان داده می شود اگر جمع مستقیم دو $C_{0}$-نیم گروه ، شبه محکم باشد، آن گاه هرکدام از آن ها شبه محکم است. ثابت می شود که یک $C_{0}$-نیم گروه شبه محکم است اگر و تنها اگر جمع مستقیم آن با خودش شبه محکم باشد. به علاوه، ثابت می شود اگر $C_{0}$-نیم گروهی شبه محکم باشد، جمع مستقیم هر تعداد متناهی از آن با خودش، بازگشتی است. بنابراین شبه محکم بودن در مقایسه با بازگشتی بودن همانند به طور ضعیف آمیخته بودن در مقایسه با ابردوری بودن است.
کلیدواژگان: نیم گروه های شبه محکم، نیم گروه های محکم، نیم گروه های بازگشتی، جمع مستقیم -
صفحات 115-132تشخیص به هم خوردن نسبت جمعیتی در ساختار جمعیت، یکی از چالش هایی است که هر کشور با آن روبرو می شود. پیری جمعیت، نوعی ناهنجاری جمعیتی است که عدم توجه به آن سبب بروز مشکلات جمعیتی می شود. هشدار به موقع در مورد سالمند شدن جامعه، می تواند به برنامه\/ریزی در خصوص فرزندآوری از یک سو و فراهم کردن امکانات مناسب برای سالمندان از سوی دیگر مفید باشد. برای مثال، پایتخت ژاپن نمونه خوبی از محیط شهری مناسب برای سالمندان است. یکی از ابزارهای تشخیص ناهنجاری، خوشه یابی فضایی به کمک آماره اسکن است. در سه دهه گذشته، روش آماره اسکن حوزه ای بسیار مهم و فعال در تحقیقات آماری بوده است. تشخیص مناطقی بر روی نقشه های جغرافیایی که در آن ها تمرکز نقاط (سالمندان، بیماران، مجرمان، گونه حیوانی خاص و غیره) معنی دار باشد، در بسیاری از زمینه ها مانند اپیدمیولوژی، سیاست، جرم و جنایت، جانورشناسی و...، دارای اهمیت است. به کمک روش آماره اسکن می توان این نوع خوشه های فضایی را شناسایی کرد.در این مقاله، به معرفی آماره اسکن بر اساس توزیع پواسن می پردازیم. با استفاده از شبیه سازی، کارایی این روش در شناسایی خوشه های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم. بر اساس نتایج به دست آمده از شبیه سازی، روش آماره اسکن پواسن، روشی مناسب برای تشخیص ناهنجاری ها در داده های فضایی شمارشی است. به عنوان کاربردی از خوشه یابی فضایی، ساختار جمعیتی ایالت جورجیا را در نظر می گیریم و ناحیه هایی را مشخص می کنیم که در آنها جمعیت سالمند به طور معنی دار زیاد است. این ناحیه ها در اجرای برنامه های اصلاحی جمعیت بایستی در اولویت قرار گیرند.کلیدواژگان: خوشه یابی فضایی، آماره اسکن، آزمون مونت کارلو، توزیع پواسن، نسبت درستنمایی
-
صفحات 133-159چالش ریاضی یکی از اجزای اصلی در آموزش ریاضی است که هدف آن تکمیل توانایی یادگیرندگان در زمینه ریاضیات است. همچنین خلاقیت یک ویژگی شخصی و اجتماعی است، که موجب پیشرفت افراد در همه ی سطوح و در تمام مقاطع تاریخی می شود. در واقع به کارگیری اطلاعات و دانسته ها و استفاده از خلاقیت در حل مساله بسیار حائز اهمیت می باشد. در این بین برای یک معلم ریاضیات علاوه بر داشتن روش مناسب و دانش خوب، استفاده از نرم افزار و نظریه های آموزش ریاضی نیز بر شکوفایی استعداد و خلاقیت دانش آموزان موثر بوده و به آنها برای حل یک مساله ی سطح بالاتر کمک می کند. همچنین استفاده از اصول اقلیدس و تسلط بر آن ها، به معلم دیدگاه بهتری برای فرآیند حل مسائل هندسی می دهد. در این مقاله، یک مساله ی هندسی متناسب با سطح کلاس هشتم و نهم برای کلاس هفتم در مدرسه ی سمپاد طرح شده است و ضمن بیان اهمیت اصول اقلیدس، هر دو محیط پویای ریاضیات و محیط کاغذ-مداد، به کار گرفته شده است. با استفاده از نظریه ی آموزش ریاضی فن هیلی، با طراحی یک داربست آموزشی و گفتگوی بین معلم و دانش آموزان و با کمک نظریه ی تنوع، پاسخ مساله توسط چند دانش آموز حدس زده شده است، و یک دانش آموز خلاق به آن پاسخ کامل داده است. در نهایت مساله را به صورت اگر و تنها اگر بیان کردیم. در این میان در محیط پویا و محیط کاغذ-مداد، تجزیه ی ابعادی اشکال نیز به کار برده شد.کلیدواژگان: نظریه های آموزش ریاضی، داربست زنی - خلاقیت، نرم افزارهای ریاضی، اگر و تنها اگر
-
Pages 1-33This is the second paper from a trio which reviews some of the progress in low dimensional topology in the past century. Starting with the work of Poincare in the last years of 19th century and first few years of 20th century, we review the major steps in putting 3-manifolds and their algebraic topology in a solid mathematical framework, and the important theorems which strengthened the understanding of 3-manifolds, including the prime decomposition theorem and JSJ decomposition of 3-manifolds. Highlighting the significance of hyperbolic 3-manifolds, proving the monster theorem and formulating the geometrization conjecture by Thurston has been a turning point in 3-manifold topology. The proof of geometrization conjecture by Perelman, using Ricci flow of Hamilton, affirmed that the fundamental group is an almost perfect invariant of closed 3-manifolds. Yet, it is not clear how geometric properties are reflected in the fundamental group, and its is difficult to verify whether two group presentations give isomorphic fundamental groups or not. Alternative approaches to the study of 3-manifolds and 4-dimensional cobordisms between them using abelian groups include, in particular, the theories which are formulated as topological quantum field theories (TQFTs). These approaches are also reviewed in the paper. In particular, a theorem of the author which addresses the strength of the later invariants in distinguishing 3-manifolds from the standard 3-sphere is discussed.Keywords: 3-Manifolds, Poincar, ', E Conjecture, Geometrization, Ricci Flow, Gauge Theory
-
Pages 35-79
Over the last decade or so, wavelets have had a growing impact on signal processing theory and practice, both because of their unifying role and their successes in applications. Filter banks, which lie at the heart of wavelet-based algorithms, have become standard signal processing operators, used routinely in applications ranging from compression to modems. The contributions of wavelets have often been in the subtle interplay between discrete-time and continuous-time signal processing. The purpose of this article is to look at recent wavelet advances from a signal processing perspective. In particular, approximation results are reviewed, and the implication on compression algorithms is discussed. New constructions and open problems are also addressed. Finding a good basis to solve aproblem dates at least back to Fourier and his investigation of the heat equation. The series proposed by Fourier has several distinguishing features: The series is able to represent any finite energy function on an interval. The basis functions are eigenfunctions of linear shift invariant systems or, in other words, Fourier series diagonalize linear, shift invariant operators.
Keywords: Signal Processing, Filter Banks, Fourier Transform, Wavelet Transform, Compress Algoritm -
Pages 81-100
A distinguishing coloring of a simple graph $G$ is a vertex coloring of $G$ which is preserved only by the identity automorphism of $G$. In other words, this coloring ``breaks'' all symmetries of $G$. The distinguishing number $D(G)$ of a graph $G$ is defined to be the smallest number of colors in a distinguishing coloring of $G$. This concept of “symmetry breaking” was first proposed by Babai in 1977 and after the publication of a seminal paper by Albertson in 1996, it attracted the attention of many mathematicians. In this paper, along with studying some relations between $D(G)$ and some other important graph parameters, we introduce the concept of a $(D,\alpha)$-ordinary graph which displays the comparison between $D(G)$ and the independence number $\alpha(G)$. Then we consider the classification of $(D,\alpha)$-ordinary graphs in various families of graphs such as forests, cycles, generalized Johnson graphs, Cartesian products of graphs and line graphs of connected claw-free graphs. We also propose some conjectures and discuss about some future research directions in this topic.
Keywords: Graph, Distinguishing Number, Independence Number, Line Graph -
Pages 101-114
In this paper, quasi-rigid $C_{0}$-semigroups are introduced and their properties are investigated. Also, some sufficient conditions for quasi-rigidity are stated. It is proved that quasi-rigid $C_{0}$-semigroups are recurrent. It is stated that if a $C_{0}$-semigroup contains a quasi-rigid operator, then it is quasi-rigid. The concept of topologically quasi-rigid $C_{0}$-semigroups is introduced. It is proved that topologically quasi-rigidity and quasi-rigidity are equivalent. The direct sum of quasi-rigid $C_{0}$-semigroups is investigated. It is demonstrated that a $C_{0}$-semigroup is quasi-rigid if and only if the direct sum of the $C_{0}$-semigroup with itself is quasi-rigid. Moreover, the finite direct sum of a quasi-rigid operator with itself is recurrent. So, quasi-rigidity with respect to the recurrency is similar to the weakly-mixing with respect to the hypercyclicity.
Keywords: Quasi-Rigid $C, {0}$-Semigroups, Rigid $C, Recurrent $C, Direct Sum -
Pages 115-132Identification of population ratio disruption in the population structure is one of the challenges that every country faces. Population aging is a kind of demographic abnormality that lack of attention causes population problems. A timely warning about the aging of society can be useful for planning about having children on the one hand and providing suitable facilities for the elderly on the other hand. For example, the capital of Japan is a good example of an urban environment suitable for the elderly.One of the anomaly detection tools is spatial clustering using scan statistics. In the last three decades, the scan statistic method has been a very important and active field in statistical research. Identifying areas on geographic maps, where the concentration of points (elderly, sick, criminals, certain animal species, etc.) is significant, is important in many fields such as epidemiology, politics, criminology, zoology, and so on. With the help of scan statistic method, spatial clusters can be identified.In this article, we introduce the scan statistic method based on Poisson distribution. Using simulation, we investigate the efficiency of this method in identifying spatial clusters. Based on the results obtained from the simulation, the Poisson scan statistic method is a suitable method for detecting anomalies in the count spatial data. As an application of spatial clustering, we consider the population structure of the state of Georgia and identify areas where the elderly population is significantly high. These areas should be prioritized in the implementation of population reform programs.Keywords: Spatial Clustering, Scan Statistic, Monte-Carlo Hypothesis Testing, Poisson Distribution, Likelihood Ratio
-
Pages 133-159Mathematical Challenge is one of the main components in mathematics education, which aims to improve the ability of learners in the field of mathematics. Also, creativity is a personal and social characteristic that leads to the development of people at all levels and in all historical periods. In fact, applying information and knowledge and using creativity in solving problems is very important. In between, for a mathematics teacher, in addition to having good techniques and knowledge, the use of software and theories of mathematics education is also effective on the flourishing of students' talent and creativity and helps them to solve a higher-level problem. In geometric concepts, using Euclid's principles and mastering them gives the teacher a better perspective for the problem solving process. In this article, a geometrical problem suitable for the 8th and 9th grade level has been proposed for the 7th grade in Sampad school, and while expressing the importance of Euclid's principles, both the dynamic environment of mathematics and the paper-pencil environment have been used. By using the Van Hiele’s Theory in mathematical education, by designing an educational scaffold and dialogue between the teacher and students and with the help of Variation Theory, the answer of the problem was guessed by several students and a creative student gave a complete answer. Finally, we stated the problem as if and only if. In the meantime, Dimensional Deconstruction of Shapes was also used in the dynamic environment and paper-pencil environment.Keywords: Theories Of Math Education, Scaffolding, Creativity, Math Software, If, Only If