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프롤로그 / 나와 우주의 형태를 찾아서1. 쾨니히스베르크의 다리1. 유리2. 한붓그리기3. 간단한 그래프부터4. 그래프와 차수5. 이게 수학?6. 반대 상황을 증명하라2. 뫼비우스의 띠, 클라인 병1. 옥상에서테트라뫼비우스의 띠2. 교실에서자습 시간3. 도서실에서미르카분류폐곡면의 분류가향적 곡면비가향적 곡면전개도연결합4. 귀갓길소수처럼3. 테트라 가까이에서1. 가족 가까이에서유리2. 0 가까이에서연습 문제합동과 닮음대응시키기3. 실수 a 가까이에서합동 · 닮음 · 위상동형연속함수4. 점 a 가까이에서다른 세계로 떠날 준비거리의 세계: 실수 a의 d 근방거리의 세계: 열린 집합거리의 세계: 열린 집합의 성질거리의 세계에서 위상의 세계로위상의 세계: 열린 집합의 공리위상의 세계: 열린 근방위상의 세계: 연속사상동형사상불변성5. 테트라 가까이에서4. 비유클리드 기하학1. 구면기하학지구 위의 최단 코스2. 현재와 미래 사이에서고등학교3. 쌍곡기하학배운다는 것비유클리드 기하학보여이와 로바체프스키집4. 피타고라스의 정리를 비틀다리사거리의 정의푸앵카레 원판 모델상반평면 모델5. 평행선 공리를 넘어집5. 다양체의 세계로1. 일상에서 탈출하다스스로를 평가하는 시간드래건을 무찌르자유리의 질문낮은 차원을 생각하다어떻게 구부릴 것인가?2. 4차원 우주를 상상하다벚꽃나무 아래에서뒤집어보다전개도푸앵카레 추측2차원 구면3차원 구면3. 뛰어들까, 뛰쳐나올까?깨달았을 때오일렐리언즈6. 보이지 않는 형태를 찾아서1. 형태를 파악하다침묵의 형태문제의 형태발견1982. 형태를 군으로 파악하다수를 실마리로실마리는 무엇?3. 형태를 루프로 파악하다루프호모토픽 루프호모토피류호모토피군4. 구면을 파악하다집1차원 구면의 기본군2차원 구면의 기본군3차원 구면의 기본군푸앵카레 추측5. 형태에 사로잡히다조건의 확인보이지 않는 스스로를 파악하다7. 미분방정식의 온기1. 미분방정식음악실교실지수함수삼각함수미분방정식의 목적용수철의 진동2. 뉴턴의 냉각법칙오후 수업8. 경이로운 정리1. 역 앞에서유리깜짝 놀랄 이야기2. 집엄마드물게 존재하는 것들3. 도서실테트라당연한 것들4. 학교 로비미르카이야기를 듣다수수께끼를 풀다가우스 곡률경이로운 정리등질성과 등방성배웅9. 영감과 끈기1. 삼각함수 트레이닝영감과 끈기단위원사인 곡선회전행렬에서 덧셈정리로덧셈정리에서 곱을 합차로 바꾸는 공식으로엄마2. 합격 판정 모의고사불안해하지 않기 위해당황하지 않기영감이냐, 끈기냐3. 식의 형태를 파악하다확률밀도함수를 읽다라플라스 적분을 읽다4. 푸리에 전개아이디어푸리에 전개끈기를 넘어영감을 넘어10. 푸앵카레 추측1. 오픈 세미나강의가 끝난 후점심시간2. 푸앵카레형태푸앵카레 추측서스턴의 기하화 추측해밀턴의 리치 흐름 방정식3. 수학자들연표필즈상밀레니엄 문제4. 해밀턴리치 흐름 방정식푸리에 열방정식발상의 전환해밀턴 프로그램5. 페렐만페렐만의 논문한 발 더 나아가기6. 푸리에푸리에의 시대열방정식변수분리법적분에 따른 해의 중첩푸리에 적분 표시유사성 꿰뚫어보기리치 흐름 방정식으로 돌아가기7. 우리들과거에서 미래로겨울이 왔으니봄도 머지않음이라에필로그 / 청춘과 함께 타오른 수학의 열정맺음말 감수의 글
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Yuki Hiroshi
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우주의 형태를 상상한 푸앵카레 추측 수학이 창조하는 무궁무진한 세계에 빠져버리다! 『미르카, 수학에 빠지다』(전 6권)는 일본 웹사이트에 연재되자마자 폭발적인 조회수를 기록한 수학 소설로, 20년이 지난 지금까지 청소년 수학 분야에서 장기 베스트셀러를 지키고 있다. 영어판 제목은 『Math Girls』이다. 수학을 통해 꿈을 이루어 가는 ‘나’, 수식의 원리를 꿰뚫어보는 수학 천재 미르카, 수포자가 될 뻔한 명랑 소녀 테트라. 세 고등학생은 괴짜 수학 선생님이 내 주는 수학 문제를 풀기 위해 방과 후 도서실이나 카페에 모여 머리를 맞대고 토론하며 수식을 풀어 나간다. 이들은 수학이라는 공통 관심사를 통해 실력을 쌓으며 점차 성장해 간다. 『미르카, 수학에 빠지다』 6권에서는 세계 7대 난제로 꼽혔던 ‘푸앵카레 추측’을 만나 볼 수 있다. 다섯 명의 고등학생들은 “단일 연결인 3차원 닫힌 다양체는 구면과 같을까?” 즉, 쉽게 표현하면 “우주는 3차원 구의 형태일까?”를 수학적으로 증명해야 한다. 수학, 물리학, 공학 분야에서 500편 이상의 논문을 쓴 위상기하학의 대가 푸앵카레. 그는 우주 형태와 구조의 실마리를 밝히기 위해 위상동형이라는 개념을 사용한다. 위상동형은 자르거나 붙이지 않고 같은 형태로 변형시킬 수 있는 것을 말한다. 즉, 삼각형, 정육면체, 원은 위상동형이며, 도넛과 튜브, 컵도 구멍이 있는 위상동형이다. 한 걸음 더 나아가 푸앵카레는 지구 위에 밧줄을 묶고 멀리 던져서 우주를 돌아 제자리로 오면 우주는 구면과 위상동형이라고 예측했고, 구멍이 있는 토러스 형태라면 밧줄은 돌아오지 못할 거라고 보았다. 푸앵카레가 남긴 이 질문은 무려 100년 동안 풀리지 않았다. 그러다 2003년 수학자 페렐만이 미분기하학을 이용해 ‘참’임을 증명했다. “단일 연결인 3차원 다양체는 구면과 같다”는 것이다. 주인공 ‘나’와 미르카를 포함한 수학 애호가들은 위상기하학을 이해하기 위해 한붓그리기 문제에서부터 뫼비우스의 띠, 클라인 병 등 도형의 성질에 대응하는 수와 군 등 위상수학을 탐구한다. 또한 점·선·면의 위치 관계와 법칙, 공간의 휘어짐과 쌍곡기하학, 미분방정식, 푸리에 전개, 1~4차원 다양체의 성질 등을 배우면서 수학이 창조하는 무궁무진한 세계에 빠져 버린다. 푸앵카레의 추측을 증명하고도 필즈상을 거절한 페렐만의 삶과 업적을 이야기하며 순수한 탐구 정신도 배울 수 있다.
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