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【数字的由来】数字史话——数字的来历

我们每个人每天都要接触数字,你知道数字的来历吗?今天让科普君谈谈数字的历史。

我们先来看最简单的数字—自然数。自然数其实很好理解,我们有一个苹果,两个香蕉,把苹果和香蕉去掉,剩下的就是抽象的数字1和2了,这就是人们对数字的最初的认识,在数轴上表示就是

这时候数轴上还有没有别的点了?当然有啊,比如

但是0和负数在古代的出现要比自然数晚很多很多,毕竟古代的数学发展的那是相当的慢。

说完自然数、0还有负数后,数轴上还有可以用数字表示的点吗?有!比如

整数与整数的比就是有理数,只不过“有理数”这个名称其实挺没理的,因为有理数的英文名称是“rational number”,直译过来就是“比例数”(就是整数与整数的比)。

说完有理数之后,数轴上还有没有别的点了?还有!但不好找。比如两个无理数0.5和0.7,他们的平均值是0.6,还是一个有理数。那么两个有理数之间就一定全是有理数吗?于是有人就开始找,这时候人们发现了一个了不起的数字:

,这是第一个被发现的无理数,从而引发了第一次数学危机。第一次数学危机的事,咱们以后找机会可以好好聊聊。

于是,无理数的定义也出来了:无限不循环小数被称为无理数。而在数轴上,无理数要比有理数多得多,对于整个数轴而言,无理数才是常态,而有理数只占了数轴的一小部分。

现在数轴上已经有了整数、有理数和无理数,数轴上还有别的点需要用这些数以外的数来表示吗?没有了,证明的方法很巧妙,不过颇有些烧脑,这里就不介绍了。

这时候有人要说了,不是还有个虚数i吗?这个问题很好,我们要来理解一下虚数到底是什么意思,它又有什么作用。

我们先来看一下虚数的定义:

。一看这定义就知道这个i很虚啊。我们知道,从自然数扩张到整数,增加的负数可以表示“欠债、减少”,从整数扩张到有理数,增加的分数可以表示“分割、部分”,从有理数扩张到实数,增加的无理数可以表示单位正方形的对角线的长度,那么从实数扩张到复数了,增加的这个i可以表示什么呢?其实这个i可以表示的内容有很多,但是唯独不表示数字。

我们还是从虚数的定义出发,在数轴上找到单位长度1,然后把这个1绕着坐标原点逆时针旋转90°,然后再旋转90°,原来的1变成了-1。在数学上旋转用×表示,而两次相同旋转的乘积竟然是-1,我们没有一个实数可以来表示这个旋转90°,于是就发明了i,让它来表示这个旋转量,即i×i=-1。i它不是一个数,而表示的是一个旋转量。当然i能表示的内容远不止于此。

从这里我们就可以看出来,i是我们人工设立的一个概念,它并没有现实的对应物,但是我们又不能认为它不存在,是虚构的(虽然它的名字叫虚数)。

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