数学的各领域应用

数学主要的学科最先产生于商业上计算的需要、了解数字间的关系、测量土地及预测天文事件。 这四种需要大致地与数量、结构、空间及变化（即算术、代数、几何及分析）等数学上广泛的子领域相关连著。

除了上述主要的关注之外，亦有用来探索由数学核心至其他领域上之间的连结的子领域：至逻辑、至集合论（基础）、至不同科学的经验上的数学（应用数学）、及较近代的至不确定性的严格研究。

基础与哲学[编辑 | 编辑源代码]

数学逻辑专注于将数学置在一坚固的公理架构上，并研究此一架构的结果。就其本身而言，其为哥德尔第二不完备定理所属的领域，而这或许是逻辑中最广为流传的成果－总存在一不能被证明而又为真的定理。现代逻辑被分成递归论、模型论和证明论，且和理论电脑科学有著密切的关连性，千禧年大奖难题中的P/NP问题就是理论电脑科学中的著名问题^[1]。

$P\Rightarrow Q\,$
数学逻辑	集合论	范畴论

纯粹数学[编辑 | 编辑源代码]

数量[编辑 | 编辑源代码]

数量的研究起于数，一开始为熟悉的自然数及整数与被描述在算术内的自然数及整数的算术运算。整数更深的性质于数论中有详细的研究，此一理论包括了如费马最后定理等著名的结果。数论还包括两个被广为探讨的未解问题：孪生质数猜想及哥德巴赫猜想^[2]。

当数系更进一步发展时，整数被视为有理数的子集，而有理数则包含于实数中，连续的量即是以实数来表示的。实数则可以被进一步广义化成复数。数的进一步广义化可以持续至包含四元数及八元数。从自然数亦可以推广到超限数，它形式化了计数至无限的这一概念。另一个研究的领域为大小，这个导致了基数和之后对无限的另外一种概念：阿列夫数，它允许无限集合之间的大小可以做有意义的比较。

$1,2,3\,\!$	$-2,-1,0,1,2\,\!$	$-2,{\frac {2}{3}},1.21\,\!$	$-e,{\sqrt {2}},3,\pi \,\!$	$2,i,-2+3i,2e^{i{\frac {4\pi }{3}}}\,\!$
自然数	整数	有理数	实数	复数

结构[编辑 | 编辑源代码]

许多如数及函数的集合等数学物件都有著内含的结构。这些物件的结构性质被探讨于群、环、域等抽象系统中，该些物件事实上也就是这样的系统。此为代数的领域。在此有一个很重要的概念，即广义化至向量空间的向量，它于线性代数中被研究。向量的研究结合了数学的三个基本领域：数量、结构及空间。向量分析则将其扩展至第四个基本的领域内，即变化。

创立于二十世纪三十年代的法国的布尔巴基学派认为：纯粹数学，是研究抽象结构的理论。结构，就是以初始概念和公理出发的演绎系统。

布尔巴基学派认为，有三种基本的抽象结构：代数结构（群，环，域……），序结构（偏序，全序……），拓扑结构（邻域，极限，连通性，维数……）^[3]。


数论	群论	图论	序理论

空间[编辑 | 编辑源代码]

空间的研究源自于几何－尤其是欧几里得几何。三角学则结合了空间及数，且包含有著名的勾股定理。现今对空间的研究更推广到了更高维的几何、非欧几里得几何（其在广义相对论中扮演著核心的角色）及拓扑学。

数和空间在解析几何、微分几何和代数几何中都有著很重要的角色。在微分几何中有著纤维丛及流形上的微积分等概念。在代数几何中有著如多项式方程的解集等几何物件的描述，结合了数和空间的概念；亦有著拓扑群的研究，结合了结构与空间。

李群被用来研究空间、结构及变化。在其许多分支中，拓扑学可能是二十世纪数学中有著最大进展的领域，并包含有存在已久的庞加莱猜想，以及有争议的四色定理。庞加莱猜想已在2006年确认由俄罗斯数学家格里戈里·佩雷尔曼证明^[4]，而四色定理已在1976年由凯尼斯·阿佩尔和沃夫冈·哈肯用电脑证明^[5]，而从来没有由人力来验证过。