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08 并非我们熟知的数 Numbers but Not As We Know Them(第1页)

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08并非我们熟知的数hem

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实数和复数

我们会很想把这些关于特定方程的烦恼都丢在一边,直接声称我们已经知道实数是什么了——它们是所有可能的小数展开式组成的集合,包括正的和负的。

这我们已经很熟悉了,在实际应用中大家也知道如何运用它们,因此我们觉得自己的位置是坚实的——至少在我们开始问一些很基本的问题之前。

数的主要特点在于你可以加、减、乘和除。

但是,举例来说,你怎样才能将两个无限不循环小数相乘呢?我们指望小数的长度有限,然后你就可以“从最右端开始”

,但对于无限小数来说没有这样的东西。

其实这是可以做到的,不过从理论和实际操作上讲它都很复杂。

如果你解释如何加和乘都非常困难的话,这个数的系统似乎就不够令人满意。

你也许会觉得上面所提出的基本问题耐人寻味,或者你会对我们的自省感到不耐烦。

毕竟,之前所有的航程都是一帆风顺的,我们似乎是在自找麻烦。

但有一点是无法忽视的。

数学家们认为,任何时候我们引入新的数学对象,重点是要从已知对象出发再构造它们,就像分数可以被看作一对普通整数。

这样,我们能够仔细地定义新推广的系统所遵循的规则,从而了解自己所处的位置。

倘若我们完全忽视基础,日后它便会出来找麻烦。

例如,微积分学脱胎于对运动的研究,它发展得极快,并且获得了光辉的成就,比如预测行星的轨道。

然而,像对待有限事物一样处理无限事物,有时候能赋予我们惊人的洞察力,有时候却完全没有意义。

将数学系统建立在坚实的基础上,我们就能学会如何分辨真假。

在实践中,数学家们经常沉迷于“形式化”

(formal)的操作,这是为了能看清远方的海面上是否会浮现出崭新的定理。

要是结果值得注意,我们就可以通过回溯基本概念和引用已经恰当地建立起来的结果,来严格地证明它。

这就是为什么尤利乌斯·戴德金(JuliusDedekind)要不辞辛苦形式化地构造实数系。

现在,我们将他的思想称为实数轴的戴德金分割(Dedekindcuts)。

不过,对于无理数存在性导致的两难问题,第一个成功提出解决方案的数学家是尼多斯的欧多克索斯(Eudoxusofidus,他活跃于公元前380年)。

借助于他所著的《比例论》(TheoryofProportions),阿基米德使用所谓的穷竭法(MethodofExhaustion)严格地推导出了弯曲形状的面积和体积,而这比微积分的发明早了大约1900年。

数的最后一块拼图——虚数单位

复数的算术可以在复平面(plexplane)内清楚地表示。

我们将复数a+bi看作坐标平面内的点(a,b)。

当我们将两个复数z=(a,b)和w=(c,d)相加时,我们只是将它们的第一和第二个元素分别相加,这给我们z+w=(a+c,b+d)。

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