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デカルトの著書『方法序説』(Discours de la méthode)の中の有名な言葉で,"I think, therefore I am." の日本語訳は何でしょう?
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我思う、ゆえに我あり
Eliminate the parameter t to find a simplified Cartesian equation of the form.
(1) $x=2-t$,$y=6-3t$
英語の書籍やウェブページを読んだり,動画を視聴したりしていると,よく使われる表現だけでなく,あまり使われない表現も知っておかなければ,意味が理解できない場合があります.数学の話に登場する用語が意外なこともよくあります.直訳しても伝わらない用語,日本ではあまり使われていない用語,辞書に掲載されていない用語にもたくさん出会います.それらの解説と関連する話題や練習問題をまとめています.英語で数学を学ぶ人の参考になれば幸いです.(数式作成にTexのコマンドを使えるMathJaxを利用しています)
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我思う、ゆえに我あり
Math Hemisphere Emoji Clip Art |
また,3次元における「象限」は,x軸とy軸とz軸で分かれる oct(8個の)領域なので octant といい,これももともとの意味は「八分儀」(天体の高度や水平方向の角度を測るための道具)です.
なので,次元に関係なく「象限」は,quadrant でも octant でもなく,一般に orthant というのが正しいようです.従って,n次元空間には $2^n$個の orthant(象限)が存在するということになります.
さて, 半円のことを semicircle というので,半球は semisphere なのかと思ったら,hemisphere といいます.もともと semi はラテン語起源,hemi はギリシア語起源だそうですが,なぜこのような違いになったのか不思議ですね.
[Quiz]
北半球はNorthern hemisphere.では南半球は?
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Southern hemisphere
頭にsemiがつくものは他に,semiannual(年に2回),semifinal(準決勝)などがあります.また,hemiがつくものは,hemicylinder(円柱を縦に半分に切った雨どいのような形)があります.
因みに,demiもフランス語で半分の意味があり,tasseがコーヒーカップという意味なので,demitasse coffeeは小さいカップに入れたコーヒーのことをいいます.
そしてさらに,イギリス英語で quaver は音楽用語の8分音符,semiquaver は16分音符,demisemiquaver は32分音符,hemidemisemiquaver は64分音符という意味なんです.これは驚きですよね.
[Hemisphere 問題]
[Reference]
円や楕円、半円、三日月形って英語で何て言うの?
https://dreamcometrue358.com/around_circle/
象限
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B1%A1%E9%99%90
Semi-, hemi-, and demi-
https://grammarist.com/prefix/semi-hemi-and-demi/
Hemisphere Problems
https://www.hackmath.net/en/word-math-problems/hemisphere
① vinculum(括線)ところが,これらは他にもいろいろな意味があるので話が少々ややこしくなります.
② fraction bar(分数線)
まず以下の横線部分はすべて vinculum と呼ばれています.
1. radical(根号)$\sqrt{12345}$
2. repeating decimals(循環小数)$0.\overline{123}$
3. line segment(線分)$\overline{AB}$
4. complex conjugate(共役複素数)$\overline{z_1+z_2}$
5. negation of a logical expression(論理式の否定)$\overline{A∧B}$
さらに,$3-(2+1 )=3-\overline{2+1}$のように,括弧の代わりに使うこともできるようですが,この使い方はほとんど見ることがなく,ネットで探したらインドのものばかりでした.
つまり,vinculum は「分数の分子と分母の間の線」というよりは,その線の下の数式や文字式を括って(くくって)いる線(括線)のことだということになります.Fraction Bars |
ということは,vinculum も fraction bar も「分数の分子と分母の間の線」という意味を持つが,よく使われる別の意味もあるということです.ややこしいですね.
因みに,日本語で括線(かっせん)と同じ読みの数学用語である割線は,円や曲線のグラフ上の2点を通る直線のことで secant といいますが,この secant も reciprocal circular functions(割三角関数)の secant(正割)$\sec x=\frac{1}{\cos x}$という別の意味もあります.
さらに数学用語でない「かっせん」は他にもあり,cock(活栓)は管などを開閉するもの,live line(活線)は電流の通じている電線,battle(合戦)は雪合戦などのような「戦い」を意味します.
[vinculum 問題]
Express $0.\overline{1}+0.\overline{12}+0.\overline{123}$ as a fraction and decimal.
正解はこちら
[Reference]
What’s the line in a fraction called?
https://caterpickles.com/2017/11/28/whats-the-line-in-a-fraction-called/
Vinculum
https://mathworld.wolfram.com/Vinculum.html
Math.net Fraction bar
https://www.math.net/fraction-bar
find another shape with the same areaisometric transformationsequal area transformationequivalent deformationshaving the shapeshear transformationcongruence transformation
■発見者の名前がついていない例
Lagrange's mean value theorem(ラグランジュの平均値の定理)
平均値の定理はいくつかあります.その中で日本の高校数学Ⅲで登場する,「グラフ上の2点を結ぶ割線と等しい傾きを持つ接線がその間に存在する」という定理が「ラグランジュの平均値の定理」です.
Varignon's theorem(バリニョンの定理)
日本の中学数学2で出てくる「任意の四角形の各辺の中点を結んでできる四角形は平行四辺形になる」という定理です.
■用語として使われていない例
Scientific Notation(科学表記)
例えば$1.23×10^4$のような数の表し方(2021年度からの学習指導要領で中1で学ぶ内容から中3で学ぶ内容に移りました)をいいますが,日本の教科書では「(整数部分が1けたの数)×(10の累乗)の形」という言い方をしています.
Closure property も用語として使われていない例になります.日本語で「閉性」というので直訳で伝わりますが,日本の教科書では中学数学1と高校数学Ⅰで2回も登場するのに,この用語が使われていないというのが意外なのです.
例えば,整数×整数の結果は必ず整数になるので,このことを"the set of integers is closed under multiplication(整数の集合は掛け算について閉じている)"といいます.逆に,整数÷整数の結果は整数になるとは限らないので,"the set of integers is not closed under division(整数の集合は割り算について閉じていない)"といいます.
このような性質をclosure property(閉性)というのですが,日本の教科書にはこの用語は出てこず,「数の範囲と四則計算の可能性」といって,closedのことを「この範囲でいつでも計算できる」「その範囲で常に計算できる」というような言い方をしています.operation of arity two(2数の演算)の結果がまたその2数の属する集合の元になるという意味なので,この表現は少し違和感を感じますね.
このように2数(ある集合の元2つ)から1つの数(ある集合の元1つ)が得られる演算を,代数学ではbinary operation(二項演算)といい,一般には2つの集合A, Bの Cartesian product(デカルト積)A×B={(a, b)|a∈A,b∈B}からその演算結果の集合C{c|c∈C}へのmapping(写像)で定義されます.例えば$2\div 3=\frac{2}{3}$という計算は,(2, 3)を$\frac{2}{3}$に対応させており,この場合は,整数の集合と整数の集合のデカルト積$\mathbb{Z} \times \mathbb{Z}$から有理数の集合$\mathbb{Q}$へのmappingになっています.
「ある集合が,ある演算について閉じている」という場合は,A=B=Cのときをいい,例えば上の整数の集合$\mathbb{Z} $では,足し算,引き算,掛け算の結果がまた整数になるので,これら3つの演算については閉じているといえます.文献によっては,このように閉じている場合だけをbinary operationという場合があります.
代数学は,以上の事柄を基本として,単位元,逆元の存在,ひとつの演算についての交換法則,結合法則,2つの演算についての分配法則を用いて,群,環,体という概念を定義し,3次,4次,5次方程式解法の理論へと発展していきます.
[Closure Property 問題]
Is the set {-1, 1} closed under addition, subtraction, multiplication and/or division?
解答はこちら
[Reference]
Binary operation
https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_operation
因みに,このサイトを参考にするのはいいのですが,日本語Wikiの「二項演算」というページは「この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか不十分です」となっており,内容も英語版とかなり違っていてあまり参考になりませんでした(この投稿公開日現在).
[Quiz]
「数学」は英語で mathematics,または省略して math といいますが,小学校の教科名「算数」は英語でなんというでしょう?
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和英辞典にはarithmeticとあります.
逆にこの単語を英和辞典で調べると,算数の他に,算術,計算などの意味がありますが,算数以外の意味の方が近いように思われます.
しかも,この単語は英語圏で「算数」という意味にはとられないようです.日本の「算数」にあたる用語は,ずばり mathematics です.小学校で学ぶ math だと強調するなら elementary mathematics となります.ただこれは「初等数学」(大雑把に言えば小中高の数学)という意味にも使われているので,もう少し正確にいうと.elementary school mathematics となります.
海外の現地校やインターナショナルスクールの小中高は,六三三制よりも五三四制が多いので,日本の「算数」をもっと正確に言うなら,mathematics at Japanese elementary school になるでしょう.
「数について学ぶ」ことなので,小学校でも中学以上でも数学(math)ですよね.中国・台湾や韓国・北朝鮮でも小学校での教科名は「数学」だそうです.小学校だけ「算数」という名称を使っているのは日本だけのようです.日本の小学校でも「数学」で良いのではないでしょうか.
よく算数と数学の違いはこうだという,いかにももっともらしい説明をする書籍やサイト等が見られますが,後付けの印象を強く感じます.
平成29(2017)年改訂の小学校学習指導要領解説では,従来の「算数的」という表現を「数学的」に変え,「数学的活動を通して,数学的に考える資質・能力を育成することを目指す」とし,中高と同じような表現になりました.ところが教科名については,
小学校の時に具体物を伴って素朴に学んできた内容を,中学校では数の範囲を広げ,抽象的・論理的に整理して学習し直すことになる。そして,さらに高等学校・大学ではそれらが,数学の体系の中に位置付けられていく。以上のことから,小学校では教科名を「算数」とし,中学校以上の「数学」と教科名を分けている。
と書かれています.しかし,小学校では「具体的」で中学から「抽象的」になるからというのは,教科名を分ける理由にはなりません.具体的な数学もあれば抽象的な数学もあるからです.
文科省の他の文書も「算数・数学」とひとまとめにして述べる場合が多く見られますが,これらをまとめて「数学」だけにすれば,文章もすっきりして読みやすくなるでしょう.
文科省は,世界標準の小中高カリキュラム "International Baccalaureate (IB)" を実施する日本の学校を増やすため,高校の最後の2年間のカリキュラムDiploma Program (DP)の6教科のうち4教科を日本語でできる「日本語ディプロマ」を普及させようとしています.このように教育のグローバル化を目指す中で,小学校だけ「算数」という呼び方を残すのは時代遅れのような気がします.
日本の小学校も教科名を「数学」にするべきだと思います.
[Reference]
英語で「算数」はなんと言うの?│ arithmeticじゃないよ
https://www.sanctio.net/arithmetic/
Eggは卵ですから,duck's eggはアヒルの卵という意味になります.ニワトリより少し大きいそうですが,味はどうなんでしょうか? 一度食べてみたいものです.
さて,duck's eggの直訳はアヒルの卵となりますが,数学ではどんな意味があるのでしょう.これはその形から来ています.卵に似た数字は何でしょう? そう,0ですね.なので数字の0を表すのかと思ったら,zero point,すなわち全く得点できない0点のことなんです.ずばり,スポーツや試験の点数が0点のときにduck’s eggといいます.別にduckのではなくても単にeggでいいと思いますけどね.
[Quiz]
ドラえもん(1969年~)の野比のび太よりずっと前からテストで0点を取ることで有名だった漫画のキャラクターは誰でしょう?
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丸出ダメ夫(1964年 - 1967年 週刊少年マガジン)
Zeroが数字の0という意味なのは当然ですが,もうひとつ,zero of a function(関数の零点)という概念があります.関数$y=f(x)$があるとき,$f(x)=0$となる$x$をzeroといいます.例えば,$f(x)=(x-1)(x-2)$のzeroは,$x=1, x=2$になります.つまり,関数=0という方程式の解のことです.英語ではzeroですが,日本語では零点といいます.
証明できたら100万ドル授与されるミレニアム問題のひとつであるリーマン予想は,ゼータ関数の自明でないzero(零点)の実数部分はすべて$\frac{1}{2}$であるというもので,2021年4月現在,未解決です.
因みに,oval(卵形線)と聞けば卵の形に近い曲線を思い浮かべますが,定義としては「内側の任意の2点を結ぶ線分がその曲線の中にある閉じた曲線」というもので,円や楕円はもちろん,陸上競技のトラックや三角形・四角形などの凸多角形も含まれます.
Ellipse(楕円)の定義は,2つの焦点$S$, $T$からの距離の和$PS+PT$が一定である点$P$の軌跡で,2点からその距離より長い糸をピーンと張って描くことができます.
実際の卵の形に近い曲線としては,Ellipseに定義が似ている以下の2つが知られています.
■Cartesian oval(デカルトの卵形線)
2つの焦点$S(0,0)$, $T(c,0)$からの距離を$PS$, $PT$とするとき,$PS+mPT$が一定の値$d$である点$P$の軌跡で,方程式は次式になります.$$\left \{(1-m^2) (x^2+y^2)+2 m^{2}c x+d^{2}-m^{2} c^2 \right \}^2=4 d^{2} (x^2+y^2)\tag{1}$$これは2つの図形が現れ,定数の値によって,円や楕円や双曲線になったりします.GEOGEBRAで描いてみたので,定数をいろいろ変えてみてください.
なお,m=1の時は式$(1)$より楕円$$\left \{2c x+d^{2}- c^2 \right \}^2=4 d^{2} (x^2+y^2)$$となり,長軸を$2a$,短軸を$2b$として高校の教科書風に整理すると次式になります.$$\frac{\left(x-\frac{c}{2}\right)^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1$$
Cartesian ovalは,アナログではEllipseと似た方法で描けますが,一方の糸だけ2重にするという方法をJames Clerk Maxwell (1831 - 1879)が見つけました.
Ellipse Cartesian Oval |
Cassini Oval (c=5, d=4.9 のとき) |
[Reference]
MacTutor Cartesian Oval
https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Curves/Cartesian/
MacTutor Oval Curves
https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Projects/Johnson/chapter-4/
Pizza Theorem(ピザ の定理)1968年
ピザ(この形は円でなければいけません)を,円内の任意の点Pを通る$2n$本の直線で中心角が$\frac{\pi}{2n}$ (radian) になる扇形みたいな図形$4n$個に分割したとき, 分割された各部分を2人で同じ方向に交互に取っていくと,その和がそれぞれ同じ面積になる.ただし,$n≥2$.
[Quiz]
n=1のときの分割は何本の直線でいくつに分割し,できたおうぎ形みたいな図形の中心角は何度でしょう?
[Answer](この下の行をドラッグしてください)
2本の直線で4分割,中心角はπ/2(radian)=90°
n=2のとき4本で8分割,n=3のとき6本で12分割 |
This one gives the volume of a pizza of thickness a and radius z:pi z z a.
57. THE PIZZA THEOREM
https://web.maths.unsw.edu.au/~mikeh/webpapers/paper57.pdf
Pizza Theorem
https://mathworld.wolfram.com/PizzaTheorem.html
さて,優れた翻訳で有名なDeepL翻訳では"half-life"を「半減期」と答えます.この訳は辞書にも載っていますが,減衰する放射性同位体の量が半分になるのにかかる時間のことをいいます.数学用語というよりは科学用語ですが,指数関数の応用問題には日英ともに頻出しています.
ある時の量$N$から時間$t$の経過につれて一定の割合$\lambda$(decay constant=崩壊定数)で減衰していることを微分方程式で表すと次式になります.$$\frac{dN}{dt}=-\lambda N$$これを変数分離して解くと次のようになります.$\ln$はnatural logarithm(自然対数)です.$$\begin{align}\int \frac{1}{N}dN &= -\int \lambda dt\\ \ln |N|&=-\lambda t+C \\N&=e^C \cdot e^{-\lambda t}\end{align}$$
初期値(t=0のとき)$N_0$とすると,次の式で表せます.$$N=N_0 \cdot e^{-\lambda t}$$これが$N_0$の半分になるので,半減期を$t_{1/2}$とすれば,$$N_0 \cdot e^{-\lambda t_{1/2}}=N_0 \cdot \frac {1}{2}$$これを解くと,$$\begin{align} e^{-\lambda t_{1/2}} &= \frac {1}{2}\\ -\lambda t_{1/2} &= \ln{\frac{1}{2}} \\t_{1/2} &= \frac{\ln{2}}{\lambda} \end{align}$$例えば,化石の年代測定に使われるCarbon-14 (炭素14)$^{14}C$ の半減期は5730±40年なので,$t_{1/2} =5730$で計算すると,崩壊定数$\lambda \approx 1.21\times 10^{-4}$になります.
因みに,以上はPhysical half-life $T_p$(物理学的半減期)の話でしたが,生物が生きている間の代謝による放射性物質の半減期はBiological half-life $T_b$(生物学的半減期)といい,それらを合算したものをEffective half-life $T_e$(実効半減期)といい,次の関係があります.$$ \frac{1}{T_e} = \frac{1}{T_p} + \frac{1}{T_b} $$
[Half-life 問題]
Carbon-14 has a half-life of 5730 years. You are presented with a document which purports to contain the recollections of a Mycenaean soldier during the Trojan War. The city of Troy was finally destroyed in about 1250 BC, or about 3270 years ago. Carbon-dating evaluates the ratio of radioactive carbon-14 to stable carbon-12. Given the amount of carbon-12 contained a measured sample cut from the document, there would have been about 1.3 × 10^–12 grams of carbon-14 in the sample when the parchment was new, assuming the proposed age is correct. According to your equipment, there remains 1.0 × 10^–12 grams. Is there a possibility that this is a genuine document? Or is this instead a recent forgery? Justify your conclusions. (Purplemath)
正解はこちら
[Reference]
Purplemath "More Exponential Word Problems"
https://www.purplemath.com/modules/expoprob3.htm
youtube |
OAP |
half of four
add two threes
multiply by 60
add two
take off one hundred
add on 24
divide by two
add on seven more
divide the sum by three
add on the age of this OAP
最後のOAPは高齢年金者(Old Age Pensioner) の略で,60です(日本ではもう60歳での年金支給はありませんね).計算を確かめてみましょう.
half of four $4\div2=2$
add two threes $2+3+3=8$
multiply by 60 $8\times60=480$
add two $480+2=482$
take off one hundred $482-100=382$
add on 24 $382+24=406$
divide by two $406\div2=203$
add on seven more $203+7=210$
divide the sum by three $210\div3=70$
add on the age of this OAP $70+60=130$ ←正解
この他にも,例えば$2\times3 = 6$は,two multiplied by three is sixというよりも,two times three is sixという方が簡単でよく使われています.
日本の九九の表も,正式にはmultiplication tablesといいますが,もっとカジュアルにはtimes tablesといいます.しかも,9×9までではなくて,英国系では12×12まであります.
因みに,理系の論文作りによく使われる組版処理システム「LaTeX(ラテフ)」では,+と-はそのままの記号を使いますが,×は\times,÷は\divが使われています.また,電卓,アプリ,ウェブサイト等では÷という記号はあまり使われず,/ (Slash)や分数の形が使われることが多いですね.つまり$2\div3$よりも$2/3$,$\frac{2}{3}$と表される方が多いです.どれもtwo divided by threeと読みますが,分数ならもっと簡単にtwo over threeとかtwo thirdsとも読みます.
このように四則演算だけでもいろいろな表現がありますから,いろいろな用語の使い方を知っていなければ理解できない場合があります.
[Reference]
One direction - math song
https://www.youtube.com/watch?v=OyDzugtQmRw
図形(三角形,四角形など)がすべることなく転がるときに,その頂点のひとつが描くlocus(軌跡)の長さを考えてみましょう.
日本では小中学校で度数法を使い,高校では弧度法を使ってsectorの弧の長さや面積を求めます.sectorのradiusをr,central angleを度数法で$a$°,弧度法で$\theta$(単位はradian)とすると,上図の弧のひとつの長さは次のようになります($\approx$は≒と同じ意味ですが,$\approx$の方が海外のテキストではよく見られます).
小学校 円周 $\times\frac{a}{360}\approx 20\times 3.14 \times \frac{120}{360}=62.8\times \frac{1}{3}\approx20.9$
中学校 $2 \pi r \times \frac{a}{360}=2 \pi \times 10 \times \frac{120}{360}=\frac{20}{3} \pi $
高校 $r \theta=10 \times \frac{2}{3}\pi=\frac{20}{3} \pi $
ちょうど1回転した場合のlocusはこの2倍なので$\frac{40}{3} \pi $になります.
さて,前置きが長くなりましたが,このsectorについての説明が,あるテキストにこう書かれてありました.
A part of a circle bounded by two radii is called a sector.
(新中学問題集中1数学英語版)
話の流れからこのradiiはradiusの複数形だと気づきますが,この形は珍しいですね.知らないと一瞬考えこんでしまいます.しかも調べてみたら,発音が réɪdiὰɪ(レイディアイ).私は最初,ラディイだと思いました.実はlocusも複数形はlociで発音はloʊsaɪ(ロウサイ).この形はラテン語が語源の単語に多いそうです.
[Quiz]
radiiはradiuses,lociはlocusesという表現も使えるでしょうか?
①どちらも複数形は2種類あって全部使える
②radiusの複数はradiiだけである
③locusの複数はlociだけである
④どちらも複数形は1種類だけである.
[Answer](この下の行をドラッグしてください)
正解は③です.つまり,radiusの複数形はradiiでもradiusesでもいいのですが,locusの複数形はlociだけなんです.ややこしいですね.
このradiiという用語から少しそれてしまいますが,sectorについての話をもう少し.
ここでのsectorは円の一部なので,そのことを強調する場合はcircular sectorといいます.なぜなら他にhyperbolic sector, spherical sectorがあるからです.下図の色のついた部分がcircular sector, hyperbolic sectorで,この場合の面積$S$はどちらも$\frac{t}{2}$になります.確かめてみましょう.
circular sector hyperbolic sector |
circular sectorは,面積の公式 $S=\frac{r^2 \theta}{2}$を使って,$r=1$, $\theta=t$なので,$S=\frac{t}{2}$
hyperbolic sectorは,点Pから$x$軸に垂線を下ろしてできる直角三角形から双曲線の下の部分を引きます.$$S=\frac{1}{2}\cosh t \sinh t - \int_1^{\cosh t} \sinh t dx \tag 1$$これを計算すると,$S=\frac{t}{2}$になります.
spherical sectorは球の一部分で,下図の2種類あります.左側は上に球の中心を頂点とする円錐形の穴が空いていて,open spherical sectorといい,右側の穴のないclosedのものはspherical coneといいます.Wolfram MathWorldで,体積はどちらも$V=\frac{2}{3}\pi R^2 h$になるとだけ書かれていて,求める式や計算がなかったので確かめてみました.WolphramMathWorld |
[Radii Question]
Calculate (1), (2), (3) above.
Answer
[Reference]
ラテン語由来の英単語の複数形
https://www.almamatersjk.com/gift-cactus/
Spherical Sector
https://mathworld.wolfram.com/SphericalSector.html