數(shù)學(xué)論文 關(guān)于數(shù)的發(fā)展歷史
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論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 目 錄 1 引言 ........................................................... 3 2 計(jì)數(shù)法和自然數(shù) ................................................. 3 數(shù)制度 ................................................. 3 然數(shù) ................................................... 4 3 有理數(shù)系 ....................................................... 8 ............................................. 8 ............................................... 8 4 實(shí)數(shù)理論的完善 ................................................. 9 ............................................. 9 數(shù)的 發(fā)展 .............................................. 10 5 復(fù)數(shù)的擴(kuò)張 .................................................... 11 數(shù)的產(chǎn)生 .............................................. 11 數(shù)的歷史意義 .......................................... 11 6 結(jié)論 .......................................................... 12 參考文獻(xiàn) ........................................................ 13 致 謝 ........................................................... 14 論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 關(guān)于數(shù)的發(fā)展歷史 摘要: 數(shù)系理論的 歷史 發(fā)展 表明,數(shù)的概念的每一次擴(kuò)張都標(biāo)志著數(shù)學(xué)的進(jìn)步,但是這種進(jìn)步并不是按照數(shù)學(xué)教科書(shū)的邏輯步驟展開(kāi)的。希臘人關(guān)于無(wú)理數(shù)的發(fā)現(xiàn)暴露出有理數(shù)系的缺陷,而實(shí)數(shù)系的完備性一直要到 19 世紀(jì)才得以完成。負(fù)數(shù)早在《九章算術(shù)》中就已被 中國(guó) 數(shù)學(xué)家所認(rèn)識(shí),然而, 15 世紀(jì)的歐洲人仍然不愿意承認(rèn)負(fù)數(shù)的意義。“四元數(shù)”的發(fā)明,打開(kāi)了通向抽象代數(shù)的大門(mén),同時(shí)也宣告在保持傳統(tǒng)運(yùn)算定律的意義下,復(fù)數(shù)是數(shù)系擴(kuò)張的終點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 : 記數(shù)法; 素?cái)?shù); 有理數(shù); 實(shí)數(shù)理論;復(fù)數(shù)擴(kuò)張 論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 1 引言 數(shù)是數(shù)學(xué)中的基本概念,也是人類(lèi)文明的重要部分。數(shù)的概念的每一次擴(kuò)展都標(biāo)志著數(shù)學(xué)的巨大飛躍。一個(gè)時(shí)代人們對(duì)于數(shù)的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用,以及數(shù)系理論的完善程度,反映了當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)發(fā)展的水平?,F(xiàn)在,我們所應(yīng)用的數(shù),已經(jīng)構(gòu)造的如此完備和縝密,以致于在 科學(xué) 技術(shù)和社會(huì)生活的一切領(lǐng)域中,它都成為基本的語(yǔ)言和不可或缺的工具。在我們得心應(yīng)手地享用這份人類(lèi)文明的共同財(cái)富時(shí),是否想到在數(shù)的形成和發(fā)展的歷史過(guò)程中,人類(lèi)的智慧所經(jīng)歷的曲折和艱辛呢? 2 記數(shù)法和自然數(shù) 數(shù)制度 記數(shù)制度或計(jì)數(shù)法就是記錄或表示數(shù)目的方法,主要指數(shù)字符號(hào)的表現(xiàn)形式以及技術(shù)工具的使用。 在文字生產(chǎn)之前,人類(lèi)就已形成數(shù)的概念。那時(shí)數(shù)目是用事物來(lái)記錄的,如小石子 ,竹片,樹(shù)枝,貝殼之類(lèi)。這些東西容易散亂, 自然會(huì)想到用結(jié)繩的辦法來(lái)記錄。我國(guó)《周易 “上古結(jié)繩而治,后世圣人,易之以書(shū) 契 ”的說(shuō)法。 東漢鄭玄稱(chēng):“事大,大結(jié)其繩;事小,小結(jié)其繩。結(jié)之多少,隨物眾寡”。以結(jié)繩和書(shū)契記數(shù)的方法實(shí)際上遍及世界各地,如希臘、波斯、羅馬、巴勒斯坦、伊斯蘭和中美洲國(guó)家都有 文獻(xiàn) 記載和實(shí)物標(biāo)本。結(jié)繩畢竟不甚方便,以后再實(shí)物(石,木,骨等)上刻痕以代替結(jié)繩,再進(jìn)一步發(fā)展成為文字。 位于西安東郊的半坡村文化遺址(屬新石器時(shí)代的仰韶文化),距今 5, 6千年 前,人們就發(fā)現(xiàn)陶器和陶片上刻著許多標(biāo)志符號(hào),橫,豎,斜,叉河現(xiàn)代漢字想象,有 20多種不同的形狀;埃及前國(guó)王時(shí)期(約從 5千年前開(kāi)始 )的墓葬和石碑等出項(xiàng)象形文字 ;兩河流域的蘇美人創(chuàng)造的楔形文字,也開(kāi)始于 5, 6千年前。 現(xiàn)代則用國(guó)際通用的印度 古代有些地區(qū)數(shù)字和數(shù)碼是一致的。有了數(shù)字和數(shù)碼,就有一套記數(shù)方法,刻痕記數(shù),有多少數(shù)刻多少道痕,這是最原始的辦法,但數(shù)目很大就有困難,自然就想到進(jìn)位 ,以 叫做 在同行的印度 “逢 10 進(jìn) 1,退 1當(dāng) 10”,人們已經(jīng)習(xí)以為常,但在歷史上曾使用過(guò)許多非 10的基數(shù),如 2, 5, 6, 12, 16, 20, 60等,量角的 60進(jìn)制,至今還在使用。 為什么選擇這些數(shù)作基數(shù)? 這是很有趣的問(wèn)題。 5進(jìn)和 10進(jìn)顯然和人類(lèi)有10個(gè)指頭有關(guān),這一點(diǎn)亞里士多德( 元前 38422)早就注意論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 到。他在《問(wèn)題集》 和畢達(dá)哥拉斯學(xué)派有關(guān)這個(gè)學(xué)派認(rèn)為 10是一個(gè)完美的數(shù),并給它披上神秘的外衣。首先, 10 是最小的 4種類(lèi)型的數(shù)之和: 1+2+3+4=10, 1既非素?cái)?shù)既非合數(shù), 2是偶素?cái)?shù), 3是奇 素?cái)?shù),4是合數(shù), 2代表線(兩點(diǎn)確定一直線), 3 代表面, 4代表立體。 10 又是不同天體類(lèi)型的數(shù)目:地球,反地球,日,月,五大行星以及恒星。還可以做其他的解釋。亞里士多德最后指出:是否因?yàn)槊總€(gè)人都有 10個(gè)手指?事實(shí)上,前集中推測(cè)都是不可信的,因?yàn)檫M(jìn)位的基數(shù)不是某些學(xué)者的發(fā)明或規(guī)定,而是人們?cè)陂L(zhǎng)期實(shí)踐中形成的,而且在畢達(dá)哥拉斯以前,早已有 10進(jìn)制,如埃及,中國(guó)等。 法國(guó)著名數(shù)學(xué)家拉普拉斯( 749 – 1827)曾經(jīng)寫(xiě)道:用十個(gè)記號(hào)來(lái)表示一切的數(shù),每個(gè)記號(hào)不但有絕對(duì)的值,而且有位置的值,這種巧妙的方法 出自印度。這是一個(gè)深遠(yuǎn)而又重要的思想,它今天看來(lái)如此簡(jiǎn)單,以致我們忽視了它的真正偉績(jī)。但恰恰是它的簡(jiǎn)單性以及對(duì)一切 計(jì)算 都提供了極大的方便,才使我們的算術(shù)在一切有用的發(fā)明中列在首位;而當(dāng)我們想到它竟逃過(guò)了古代最偉大的兩位人物阿基米德和阿波羅尼斯的天才思想的關(guān)注時(shí),我們更感到這成就的偉大了。 拉普拉斯的這段評(píng)論十分精彩,只可惜他張冠李戴,把這項(xiàng)發(fā)明歸之于印度。現(xiàn)已有充分而確鑿的史料證明, 10進(jìn)位位置制記數(shù)法最先產(chǎn)生于中國(guó)。 這一點(diǎn)也為西方的一些數(shù)學(xué)史家所主張。李約瑟就曾指出“在西方后來(lái)所習(xí)見(jiàn)的‘印度數(shù)字’的背后,位置制已在中國(guó)存在了兩千年?!辈贿^(guò), 10進(jìn)位位置制記數(shù)法的產(chǎn)生不能單純地歸結(jié)為天才的智慧。記數(shù)法的進(jìn)步是與計(jì)算工具的改進(jìn)相聯(lián)系的。研究表明, 10 進(jìn)位位置制記數(shù)之產(chǎn)生于中國(guó),是與算籌的使用與籌算制度的演進(jìn)分不開(kāi)的。 然數(shù) 自然數(shù)是人們認(rèn)識(shí)的所有數(shù)中最基本的一類(lèi),為了使數(shù)的系統(tǒng)有嚴(yán)密的邏輯基礎(chǔ), 19 世紀(jì)的 數(shù)學(xué)家 建立了自然數(shù)的兩種等價(jià)的理論 :自然數(shù)的 序數(shù) 理論和基數(shù)理論,使自然數(shù)的概念、運(yùn)算和有關(guān)性質(zhì)得到嚴(yán)格的論述。 自然數(shù)集 N 是指滿足以下條件的集合: ①N 中有一個(gè)元素,記作 0。 ②N 中找到一個(gè)元素作為它的后繼者。 ③ 0 不是任何元素的后繼者。 ④ 不同元素有不同的后繼者。 ⑤ (歸納公理) N 的任一子集M,如果 0∈M ,并且只要 x 在 M 中就能推出 x 的后繼者也在 M 中,那么 M=N。 基數(shù)理論則把自然數(shù)定義為有限集的基數(shù),這種理論提出,兩個(gè)可以在元素之間建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的有限集具有共同的數(shù)量特征,這一特征叫做基數(shù) 。這樣 ,所有單元素集 {x}, {y}, {a}, 等具有同一基數(shù) , 記作 1 。類(lèi)似,凡能與兩個(gè)手指頭建立一一對(duì)應(yīng)的集合,它們的基數(shù)相同,論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 記作 2,等等 。自然數(shù)的加法 、乘法運(yùn)算可以在序數(shù)或基數(shù)理論中給出定義,并且兩種理論下的運(yùn)算是一致的。 下面我們主要討論自然數(shù)內(nèi)的零和素?cái)?shù) . 的歷史 倫布雞蛋 數(shù)學(xué)史家把 0 比作 “哥倫布雞蛋” ( 這不僅僅是因?yàn)?0的形狀像雞蛋,其中還含有深刻的哲理。 1492 年,哥倫布( 1451西班牙出發(fā),歷盡千辛萬(wàn)苦,終于發(fā)現(xiàn)了美洲新大陸。他于 1493年返回西班牙后,受到群眾的歡迎和王室的優(yōu)待,也招致一些貴族,大巨的妒忌。在一次宴會(huì)上,有人大聲宣稱(chēng):“到那個(gè)地方?jīng)]有什么了不起,只要有船,誰(shuí)都能去?!备鐐惒紱](méi)有正面回答,他手拿一個(gè)熟雞蛋說(shuō):“誰(shuí)能把雞蛋用小的那一頭豎起來(lái)?”許多人試了又試,都說(shuō)不可能。哥倫布將雞蛋在桌 上輕輕敲破了一點(diǎn)殼,就豎了起來(lái),于是又有人說(shuō):“這誰(shuí)不會(huì)?”哥倫布說(shuō):“在別人沒(méi)有做之前,誰(shuí)都不知怎么做,一旦別人做了之后,卻又認(rèn)為誰(shuí)都可以做?!边@就是流傳了四百多 年的哥倫布雞蛋故事。凡事都是開(kāi)創(chuàng)時(shí)困難 ,有人開(kāi)了端,仿效是很容易的。0的出現(xiàn)一個(gè)典型的例子,在發(fā)明之前,誰(shuí)都想不到,一旦有了它,人人都會(huì)用簡(jiǎn)單的方法來(lái)記數(shù)。因此哥倫布雞蛋的比喻是很巧妙的。 “零是誰(shuí)發(fā)明的?”答案可能不止一種,這是因?yàn)閷?duì)“零”可以有不同的解釋?zhuān)海?1)零是一個(gè)概念,它表示“一無(wú)所有”。如 5減 5等于零;( 2)在位值制記數(shù)法中,零表示“ 空位”,同時(shí)起到指示數(shù)碼所在位置的作用。如阿拉伯?dāng)?shù)碼中零記作 0,在 304 中的 0表示十位上沒(méi)有數(shù),而 3是在百位上,表示三百;( 3)零本身是一個(gè)數(shù),可以同其他的數(shù)一起參與運(yùn)算;( 4)零是標(biāo)度的起點(diǎn)或分界,如每天的時(shí)間從 0 時(shí)開(kāi)始,數(shù)軸上 0是正負(fù)數(shù)的分界,溫度計(jì)以 0o為零上零下的分界等等??梢?jiàn)至少有上述的四種功能。下面討論零在位值制中的功能。 形文字的零號(hào) 所謂位值制,就是一個(gè)數(shù)碼表示什么數(shù),要看它所在的位置而定。完整的位值制,必須有零號(hào),否則便無(wú)法表示 405, 4500這樣的致。零可以說(shuō)是位值制的必然產(chǎn)物,但在歷史上,它的出現(xiàn)往往比位值制思想晚得多。原因值得探討,至少可以說(shuō)明即使是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的發(fā)明,也不是一蹴而就的。 世界上較早懂得位值制原理的地區(qū)有巴比倫 、瑪雅、印度、 中國(guó)。 巴比倫計(jì)數(shù)法遲遲不創(chuàng)造零號(hào),原因可能有三個(gè):一是零出現(xiàn)的頻率較小,10進(jìn)位值記數(shù)法在 1— 100之中有 10個(gè)數(shù)要用 0來(lái)表示: 10, 20,?, 100;而論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 60進(jìn)制只有 60這個(gè)數(shù)必須用到 0;二是 60 進(jìn)制差一位就差 60倍,較易從上下文來(lái)確定究竟表示什么;三是必要時(shí)用留出空擋來(lái)表示空位。 總的來(lái)說(shuō),在巴比倫王國(guó)時(shí)期沒(méi)有發(fā)明零號(hào),頂多是留出空 白,而在塞琉西時(shí)期確實(shí)出現(xiàn)了零號(hào),中間相隔一千多年。一般說(shuō),事物的發(fā)明總比它被普遍使用早得多,但究竟早多少,現(xiàn)在還沒(méi)有足夠的證據(jù)來(lái)加以確定。 里士多德的見(jiàn)解 最早認(rèn)真考慮以零作除數(shù)的是亞里士多德,他在《物理學(xué)》一書(shū) 4章 8節(jié)中指出:物理在一定的力作用下,運(yùn)動(dòng)速度與介質(zhì)的密度成反比,即 v=k/d,其中法則是錯(cuò)誤的,暫且不去管它,我們要討論的下面的推理。 亞里士多德提出這樣的問(wèn)題:假如 d=0,也就是在真空中,物體將有怎樣的速度呢?他回答說(shuō):“一個(gè)數(shù)與零是沒(méi) 有比值的,??如果把一個(gè)量 值 就增大,但當(dāng) 便不再存在,因?yàn)椴荒苷f(shuō) b 是 ?同樣,直線與點(diǎn)也 是沒(méi)有比值的。”接著又說(shuō):“物體在正空中的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)任何的比值?!眮喞锸慷嗟碌恼撌龇浅=咏F(xiàn)代的思想,它可以歸結(jié)為兩點(diǎn):( 1) a/0 是不存在的;( 2) ??? 在這里亞里士多德似乎已經(jīng)意識(shí)到零(空虛)可以看作一個(gè)數(shù)來(lái)參與運(yùn)算,但沒(méi)有更多的證據(jù)來(lái)肯定這一點(diǎn)。在以后的希臘著作中,包括亞里士多德的在內(nèi),很少把零看作一個(gè)數(shù)來(lái)加以運(yùn)算。即使在古希臘最重要的算術(shù)著作尼科馬霍斯 《算術(shù)入門(mén)》里也沒(méi) 有將零納入數(shù)的系數(shù)之中,只是在一處偶然提到“一無(wú)所有加上一無(wú)所 有還是一無(wú)所有?!? 數(shù) 數(shù)有多少? 我們?cè)凇冻醯葦?shù)論》課中學(xué)習(xí)了素?cái)?shù),素?cái)?shù)是整個(gè)數(shù)論的靈魂 ,因此我以素?cái)?shù)為主要內(nèi)容來(lái)介紹。 一個(gè)素?cái)?shù)是指這樣一種正整數(shù) :除 了 1 和它本身之外,其它任何正整數(shù)都不可能整除它。我們也可以這樣定義素?cái)?shù):它不能寫(xiě)成兩個(gè)大于 1的正整數(shù)的乘積。有時(shí)我們也將素?cái)?shù)稱(chēng)作質(zhì)數(shù)。通常我們不承認(rèn) 1是素?cái)?shù)。下面來(lái)介紹這樣做的好處。 最初的幾個(gè)素?cái)?shù)是 2, 3, 5, 7, 11,?。顯然 6不是素?cái)?shù),因?yàn)?326 ?? ,所有的素?cái)?shù)中只有 2是偶數(shù)!這件事看似平凡的事,其實(shí)很重要。在許多數(shù)學(xué)研究中, 2和其他素?cái)?shù)會(huì)對(duì)我們所考慮的問(wèn)題產(chǎn)生不同的影響。很多人會(huì)問(wèn):為什論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 么我們把這樣的數(shù)名為“素?cái)?shù)”呢?這來(lái)自于 素?cái)?shù)最基本的結(jié)論 — 算術(shù)基本定理:任何大于 1的正整數(shù) n 都可以唯一地分解成一些素?cái)?shù)和乘積 里 ?? 是素?cái)?shù)(允許相同)。 究竟有多少個(gè)素?cái)?shù)?無(wú)限多個(gè)還是僅有有限個(gè)?這個(gè)問(wèn)題的答案早由歐幾里得在兩千多年前解決了。他用初等方法技巧地證明:存在無(wú)限多個(gè)素?cái)?shù)!具體言之,我們假設(shè)所有正整數(shù)中只有有限個(gè)素?cái)?shù) ,1p? 么可以構(gòu)造一個(gè)正整數(shù) .1?邊的 N 分解成素?cái)?shù)的乘積的話,不可能包含任何素?cái)?shù) 此它的分解式中必定含有這些 就和我們的假 設(shè)矛盾。 根據(jù)歐幾里得的證明,我們可以輕松斷言:所有被 4除余數(shù)為 3 的素?cái)?shù)有無(wú)限個(gè)!換言之,等差數(shù)列 3, 7, 11, 15, 19,?中包含無(wú)窮多個(gè)素?cái)?shù)這就產(chǎn)生了有趣的問(wèn)題:一個(gè)等差數(shù)列 ,2,, ? ?, ,?中是否包含無(wú)限多個(gè)素?cái)?shù)?數(shù)學(xué)家狄利克雷回答了這個(gè)問(wèn)題:假如 a 和 b 是互素的(就是說(shuō)它們不能同時(shí)被一個(gè)大于 1的正整數(shù)整除),那么答案是肯定的! 不要以為歐幾里得的方法來(lái)輕松的解決這一問(wèn)題。事實(shí)上,除了少數(shù)情形之外,這個(gè)問(wèn)題不可能由它來(lái)簡(jiǎn)單的解決。如果我們把等差數(shù)列換成其他數(shù)列,結(jié)果會(huì)怎樣呢?比如考慮數(shù)列: 2, 5, 10, 17, 26,?, 12?n , ? 其中是否有無(wú)限多個(gè)素?cái)?shù)呢?讓人失望的是,這到至今仍是一個(gè)未解決的難題。 數(shù)的分布 我們知道了“素?cái)?shù)有無(wú)限多個(gè)”后還想知道更多!比如,素?cái)?shù)在所有自然數(shù)中所占的比率多大?我們首先要說(shuō)明“比率”在這里意味著什么。對(duì)任何正實(shí)數(shù)x ,我們用 ? ( x )表示不超過(guò) x 的素 數(shù)的個(gè)數(shù)。比如 1)2)4(,0)1( ??? ???等等。我們用?來(lái)反映所有不超過(guò) x 的正整數(shù)中,素?cái)?shù)所占的比率 — 也稱(chēng)作平均分布密度。 一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論告訴我們:當(dāng) x 非常非常大時(shí),?幾乎就等于 數(shù)在所有正整數(shù)中極為罕見(jiàn),可以說(shuō)少得幾乎沒(méi)有 — 盡管我們知道它們有無(wú)窮多個(gè)!對(duì)一般人來(lái)說(shuō),這個(gè)結(jié)論似乎已經(jīng)讓我們走到了問(wèn)題的盡頭。但是天才數(shù)學(xué)家高斯卻不這么認(rèn)為。在那個(gè)沒(méi)有計(jì)算機(jī)的年代( 1792間),他通過(guò)大量的手工計(jì)算,單憑超人的直覺(jué),竟然得到了一個(gè)讓人吃驚的猜測(cè):當(dāng) 數(shù)出現(xiàn)的比率?約等于言之(? 約等于 1,這里 x 的對(duì)數(shù)函數(shù)。 高斯的原始猜測(cè)要比上面的 表述式更為精確。在高斯之后,數(shù)學(xué)家勒讓德也通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到過(guò)類(lèi)似的猜測(cè)公式( 1800 年左右),但沒(méi)有高斯的精確。證明這一結(jié)論是極其困難的工作。到 19 世紀(jì)中葉,俄國(guó)數(shù)學(xué)家切比雪夫才有了突破論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 性進(jìn)展,他證明了: x 21 )( ?? ?這里 個(gè)猜想大約到 19世紀(jì)末,才由法國(guó)學(xué)家阿達(dá)瑪和們將它稱(chēng)作素?cái)?shù)定理。這個(gè)定理只是在大樣本范圍內(nèi)描述了一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律。素?cái)?shù)本身的分布位置極不規(guī)則。當(dāng)我們確定一個(gè)素?cái)?shù)之后,很難預(yù)測(cè)在它之后的下一個(gè)素?cái)?shù)是多少。盡管如此,我們?nèi)杂幸恍┎聹y(cè)和結(jié)論來(lái)描繪素?cái)?shù)在整數(shù)集中分布形態(tài)。有趣的是,猜測(cè)要比結(jié)論多得多。雖然我們無(wú)法徹底證實(shí)那些猜想,但是卻可以推導(dǎo)出,用所謂的密率方法得到的有趣結(jié)論:任何大于 1的整數(shù)必可以寫(xiě)成不超過(guò) 26 個(gè)素?cái)?shù)之和。 3 有理數(shù) 理數(shù)的引入 位置制記數(shù)法的出現(xiàn), 標(biāo)志著人們掌握的數(shù)的語(yǔ)言,已從少量的文字個(gè)體,發(fā)展到了一個(gè)具有完善運(yùn)算規(guī)則的數(shù)系。人類(lèi)第一個(gè)認(rèn)識(shí)的數(shù)系,就是常說(shuō)的“自然數(shù)系”。但是,隨著人類(lèi)認(rèn)識(shí)的發(fā)展,自然數(shù)的缺陷也就逐漸顯露出來(lái)。 自然數(shù)是人們認(rèn)識(shí)的所有數(shù)中最基本的一類(lèi),為了使數(shù)的系統(tǒng)有嚴(yán)密的邏輯基礎(chǔ), 19 世紀(jì)的 數(shù)學(xué)家 建立了自然數(shù)的兩種等價(jià)的理論 :自然數(shù)的 序數(shù) 理論和基數(shù)理論,使自然數(shù)的概念、運(yùn)算和有關(guān)性質(zhì)得到嚴(yán)格的論述。自然數(shù)的 減法 和 除法 可以由類(lèi)似加法和乘法的逆的方式定義。但相減和相除的結(jié)果未必都是自然數(shù),所以減法和除法運(yùn)算在自然 數(shù)集中并不是總能成立的??芍?, 自然數(shù)是一個(gè)離散的、而不是稠密的數(shù) ,因此,作為量的表征,它只能限于去表示一個(gè)單位量的整數(shù)倍,而無(wú)法表示它的部分。同時(shí),作為運(yùn)算的手段,在自然數(shù)中只能施行加法和乘法,而不能自由地施行它們的逆運(yùn)算。這些缺陷,由于分?jǐn)?shù)和負(fù)數(shù)的出現(xiàn)而得以彌補(bǔ)。 數(shù)和負(fù)數(shù) 有趣的是分?jǐn)?shù)來(lái)領(lǐng)也都有強(qiáng)烈的地域特征。如,巴比倫的分?jǐn)?shù)是 60進(jìn)位的,埃及采用的是單分?jǐn)?shù) (阿拉伯的分?jǐn)?shù)更加復(fù)雜:?jiǎn)畏謹(jǐn)?shù)、主分?jǐn)?shù)和復(fù)合分?jǐn)?shù)。這種繁復(fù)的分?jǐn)?shù)表示必然導(dǎo)致分?jǐn)?shù)運(yùn)算方法的繁雜,所以歐洲分?jǐn)?shù)理論長(zhǎng)期停滯不前,直到 15世紀(jì)以后才逐步形成 現(xiàn)代 的分?jǐn)?shù)算法。與之形成鮮明對(duì)照的是中國(guó)古代在分?jǐn)?shù)理論上的卓越貢獻(xiàn)。 原始的分?jǐn)?shù)概念來(lái)源于對(duì)量的分割。如《說(shuō)文·八部》對(duì)“分”的解釋?zhuān)骸胺?,別也。從八從刀,刀以分別物也?!钡牵毒耪滤阈g(shù)》中的分?jǐn)?shù)是從除法運(yùn)算引論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 入的。其“合分術(shù)”有云:“實(shí)如法而一。不滿法者,以法命之?!边@句話的今譯是:被除數(shù)除以除數(shù)。如果不能除盡,便定義了一個(gè)分?jǐn)?shù)。中國(guó)古代分?jǐn)?shù)理論的高明之處是它借助于“ 齊同術(shù)”把握住了分?jǐn)?shù)算法的精髓:通分。 可以證明,分?jǐn)?shù)是一個(gè)稠密的數(shù),它對(duì)于加、乘、除三種運(yùn)算是封閉的。為了使得減法運(yùn)算在數(shù)系內(nèi)也同行無(wú)阻,負(fù)數(shù)的出現(xiàn)就是必然的了。收入與支出、盈余與不足、增加與減少是負(fù)數(shù)概念在生活中的實(shí)例,教科書(shū)在向?qū)W生講授負(fù)數(shù)是也多循此途。這就是一種誤解:似乎人類(lèi)正是從這種具有相反意義的量的認(rèn)識(shí)而引進(jìn)了負(fù)數(shù)的。歷史表明:負(fù)數(shù)最早為中算家所引進(jìn),這是由中國(guó)古代傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中,籌算機(jī)械化和算法高度發(fā)達(dá)的特點(diǎn)所決定的。負(fù)數(shù)的概念和算法首先出現(xiàn)在《九章算術(shù)》“方程”章,因?yàn)閷?duì)“方程”進(jìn)行兩行之間的加 減消元時(shí),就必須引入負(fù)數(shù)和建立正負(fù)數(shù)的運(yùn)算法則。 負(fù)數(shù)雖然從阿拉伯人的著作傳到了歐洲,但 16世紀(jì)和 17世紀(jì)的大多數(shù)數(shù)學(xué)家并不承認(rèn)色一點(diǎn),或者即使承認(rèn)了也并不認(rèn)為它們是方程的根。如丘凱( 1445斯蒂費(fèi)爾( 1486負(fù)數(shù)說(shuō)成是荒謬的數(shù),是“無(wú)稽之零下”;卡丹 (501- 1576) 把負(fù)數(shù)作為方程的根,但認(rèn)為它們是不可能的解,僅僅是一些記號(hào),他把負(fù)根稱(chēng)作是虛有的;韋達(dá) (1540- 1630) 完全不要 負(fù)數(shù);巴斯卡( 623- 1662) 則認(rèn)為從 0減去 4純粹是胡說(shuō)。 負(fù)數(shù)是人類(lèi)第一次越過(guò)正數(shù)域的范圍,前此種種的經(jīng)驗(yàn),在負(fù)數(shù)面前全然無(wú)用。在數(shù)的發(fā)展歷史進(jìn)程中,現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)有時(shí)不僅無(wú)用,反而會(huì)成為一種阻礙。 4 實(shí)數(shù)理論的完善 理數(shù)的由來(lái) 公元前 500 年,古希臘畢達(dá)哥拉斯 (派的弟 (現(xiàn)了一個(gè)驚人的事實(shí),一個(gè)正方形的對(duì)角線與其一邊的長(zhǎng)度是不可子希勃索斯公度的(若正方形邊長(zhǎng)是 1,則對(duì)角線的長(zhǎng)不是一個(gè)有理數(shù) )這一不可公度性與畢氏學(xué)派“萬(wàn)物皆為數(shù) ”(指有理數(shù) )的哲理大相徑庭。這一發(fā)現(xiàn)使該學(xué)派領(lǐng)導(dǎo)人惶恐、惱怒,認(rèn)為這將動(dòng)搖他們?cè)趯W(xué)術(shù)界的統(tǒng)治地位。希勃索斯因此被囚禁,受到百般折磨,最后竟遭到沉舟身亡的懲處。 畢氏弟子的發(fā)現(xiàn),第一次向人們揭示了有理數(shù)系的缺陷,證明它不能同連續(xù)的無(wú)限直線同等看待,有理數(shù)并沒(méi)有布滿數(shù)軸上的點(diǎn),在數(shù)軸上存在著不能用有理數(shù)表示的 “孔隙 ”。而這種 “孔隙 ”經(jīng)后人證明簡(jiǎn)直多得 “不可勝數(shù) ”。于是,古希臘人把有理數(shù)視為連續(xù)銜接的那種算術(shù)連續(xù)統(tǒng)的設(shè)想徹底地破滅了。不可公度量的發(fā)現(xiàn)連同著名的芝諾悖論一同被稱(chēng)為數(shù)學(xué)史上的第一次危機(jī),對(duì)以后 2000 多年論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 數(shù)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,促使人們從依靠直覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)而轉(zhuǎn)向依靠證明,推動(dòng)了公理幾何學(xué)與邏輯學(xué)的發(fā)展,并且孕育了微積分的思想萌芽。 不可通約的本質(zhì)是什么?長(zhǎng)期以來(lái)眾說(shuō)紛壇,得不到正確的解釋?zhuān)瑑蓚€(gè)不可通約的比值也一直被認(rèn)為是不可理喻的數(shù)。 15 世紀(jì)意大利著名畫(huà)家達(dá) 無(wú)理的數(shù) ”, 17 世紀(jì)德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒稱(chēng)之為 “不可名狀 ”的數(shù)。 然而,真理畢竟是淹沒(méi)不了的,畢氏學(xué)派抹殺真理才是 “ 無(wú)理 ” 。人們?yōu)榱思o(jì)念希勃索斯這位為真理而獻(xiàn)身的可敬學(xué)者,就把不可通約的量取名為 “ 無(wú)理數(shù) ” 。 無(wú)理數(shù)的發(fā)現(xiàn),擊碎了 物皆數(shù)”的美夢(mèng)。同時(shí)暴露出有理數(shù)系的缺陷:一條直線上的有理數(shù)盡管是“稠密”,但是它卻漏出了許多“孔隙”,而且這種“孔隙”多的“不可勝數(shù)”。這樣,古希臘人把有理數(shù)視為是連續(xù)銜接的那種算術(shù)連續(xù)統(tǒng)的設(shè)想,就徹底的破滅了。它的破滅,在以后兩千多年時(shí)間內(nèi),對(duì)數(shù)學(xué)的 發(fā)展 ,起到了深遠(yuǎn)的影響。不可通約的本質(zhì)是什么?長(zhǎng)期以來(lái)眾說(shuō)紛紜。兩個(gè)不可通約量的比值也因其得不到正確的解釋?zhuān)徽J(rèn)為是不可理喻的數(shù)。 15世紀(jì)達(dá)芬 奇( 1452- 1519) 把它們稱(chēng)為是“無(wú)理的數(shù)”( 開(kāi)普勒( J. 1571- 1630)稱(chēng)它們是“不可名狀”的數(shù)。這些“無(wú)理”而又“不可名狀”的數(shù),找到雖然在后來(lái)的運(yùn)算中漸漸被使用,但是它們究竟是不是實(shí)實(shí)在在的數(shù),卻一直是個(gè)困擾人的問(wèn)題。 數(shù)的發(fā)展 1872年,是近代數(shù)學(xué)史上最值得紀(jì)念的一年。這一年,克萊( 849- 1925)提出了著名的“埃爾朗根綱領(lǐng)”( 維爾斯特拉斯給出了處處連續(xù)但處處不可微函數(shù)的著名例子。也正是在這一年,實(shí)數(shù)的三大派理論:戴德金“分割”理論;康托的“基本序列”理論,以及維爾斯特拉斯的“有界單調(diào)序列”理論,同時(shí)在德國(guó)出現(xiàn)了。 努力建立實(shí)數(shù)的目的,是為了給出一個(gè)形式化的邏輯定義,它既不依賴幾何的含義,又避免用極限來(lái)定義無(wú)理數(shù)的邏輯錯(cuò)誤。有了這些定義做基礎(chǔ),微積分中關(guān)于極限的基本定理的推導(dǎo),才不會(huì)有理論上的循環(huán)。導(dǎo)數(shù)和積分從而可以直接在這些定義上建立起來(lái),免去任何與感性認(rèn)識(shí)聯(lián)系的性質(zhì)。幾何概念是不能給出充分明白和精確的,這在微積分發(fā)展 的漫長(zhǎng)歲月的過(guò)程中已經(jīng)被證明。因此,必要的嚴(yán)格性只有通過(guò)數(shù)的概念,并且在割斷數(shù)的概念與幾何量觀念的聯(lián)系之后才能完全達(dá)到。這里,戴德金的工作受到了崇高的評(píng)價(jià),這是因?yàn)?,由“戴德金分割”定義的實(shí)數(shù),是完全不依賴于空間與時(shí)間直觀的人類(lèi)智慧的創(chuàng)造物。 實(shí)數(shù)的三大派理論本質(zhì)上是對(duì)無(wú)理數(shù)給出嚴(yán)格定義,從而建立了完備的實(shí)數(shù)域。實(shí)數(shù)域的構(gòu)造成功,使得兩千多年來(lái)存在于算術(shù)與幾何之間的鴻溝得以完全填平,無(wú)理數(shù)不再是“無(wú)理的數(shù)”了,古希臘人的算術(shù)連續(xù)統(tǒng)的設(shè)想,也終于在論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 嚴(yán)格的 科學(xué) 意義下得以實(shí)現(xiàn)。 5 復(fù)數(shù)的擴(kuò)張 數(shù)的產(chǎn)生 復(fù)數(shù)(虛數(shù))的產(chǎn)生在數(shù)學(xué)發(fā)展歷史是一個(gè)重大的事件,由于它誕生于“荒謬的矛盾”中,因此復(fù)數(shù)一開(kāi)始就給自己披上了一層“虛無(wú)縹緲”而有神秘的外衣。經(jīng)過(guò)許多年的艱苦探索,走了近三百年的漫長(zhǎng)歷史時(shí)期,最后才逐漸被人們承認(rèn)和接受。今天復(fù)數(shù)已經(jīng)在數(shù)學(xué)的許多分支及其他學(xué)科中得到廣泛的應(yīng)用。 復(fù)數(shù)是怎樣產(chǎn)生的?它是不是象有些書(shū)上所敘述的那樣:在求一元二次方程012 ??x 的過(guò)程中,實(shí)數(shù)集不夠用了需要進(jìn)行擴(kuò)張,擴(kuò)張后的數(shù)集,使得一元二次方程 012 ??x 有解,從而得到復(fù)數(shù),可是在歷史上復(fù)數(shù)卻不是這樣產(chǎn)生的,它不是生產(chǎn)與一元二次方程的求解過(guò)程中,這就更增加了復(fù)數(shù)神秘而虛無(wú)的色彩。因此恩格斯說(shuō):“復(fù)數(shù)就其本身來(lái)說(shuō),它們純粹是虛構(gòu)的”。 本來(lái),由于一元二次方程 012 ??x 在實(shí)數(shù)范圍內(nèi)沒(méi)有解,為了使這個(gè)方程求得解,自 然會(huì)想到將實(shí)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)張,而引入 12 ??i ,從而得到方程的根 ? ,復(fù)數(shù)就是自然而然地產(chǎn)生,這一過(guò)程表面上看似乎也符合人們的認(rèn)識(shí),也能為人們,特別是中學(xué)生所接受。如果復(fù)數(shù)真是這樣產(chǎn)生,那它不就成了純粹的自由創(chuàng)造物和相像物了? 數(shù)的歷史意義和發(fā)展 歷史并非如此,我們不妨來(lái)看看歷史吧! 最近在考古中發(fā)現(xiàn),公元前兩千多年前的古代巴比倫時(shí)代,就已經(jīng) 出現(xiàn)了二次,三次方程的例子,當(dāng)時(shí)的古代巴比倫人已經(jīng)具有處理一元二次方程的技巧。公元三年紀(jì)希臘數(shù)學(xué)家丟番圖能熟練的解一元二次方程,但他還沒(méi)有得到一元二次方程的求解公式。直到公元七世紀(jì),印度數(shù)學(xué)家巴拉瑪古他才較明確地得到求解一元二次方程的公式,雖然復(fù)數(shù)在阿拉伯人就已經(jīng)知道,但在歐洲不承認(rèn)復(fù)數(shù)是數(shù), 17世紀(jì)有名的數(shù)學(xué)家巴斯葛認(rèn)為:“ 0減 4純粹是胡說(shuō)”。很多著名數(shù)學(xué)家都不承認(rèn)方程有負(fù)數(shù)根,例如 17世紀(jì)法國(guó)著名的數(shù)學(xué)家偉達(dá)只承認(rèn)方程有正跟,而拒絕承認(rèn)一元二次方程有負(fù)數(shù)根,更談不上承認(rèn)一元二次方程有虛根了。 1500年法國(guó)人舒開(kāi)在接一元二次方程 4 2 ?? 時(shí),就得到過(guò) 44923 ???x 這樣一個(gè)具有負(fù)數(shù)開(kāi)平方的事實(shí),但他認(rèn)為這是不可能的。他之所以得出這樣的結(jié)論,是因?yàn)椴怀姓J(rèn)負(fù)數(shù)是開(kāi)放數(shù)這個(gè)事實(shí),不論在理論上還是邏輯上不會(huì)出現(xiàn)什么困難和矛盾,在當(dāng)時(shí)無(wú)論在理論上,還是實(shí)際需要都沒(méi)有什么動(dòng)力促使人們論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 在一元二次方程求解中去探求這類(lèi)問(wèn)題,因此復(fù)數(shù)在歷史上產(chǎn)生于一元二次方程的求 解過(guò)程中也就沒(méi)有什么奇怪了。 復(fù)數(shù)還是太“虛無(wú)縹緲”了,不容易為大家所接受,人你們努力去尋找求它的應(yīng)用。令人奇怪的是復(fù)數(shù)的幾何表示并不是出自數(shù)學(xué)家單位著作。 1799年丹麥的測(cè)量員維塞爾在他的“方向的解析表示”的著作中,第一次給出了復(fù)數(shù)的幾何解釋?zhuān)@也許是他從測(cè)量的實(shí)踐中想到用平面上的點(diǎn)來(lái)表示復(fù)數(shù),不久,日內(nèi)瓦的會(huì)計(jì)師阿爾岡在 1806年出版的“一種表示虛量和幾何作圖”的著作中,第一次給出了復(fù)數(shù)模的概念,他也用平面上的點(diǎn)來(lái)表示復(fù)數(shù),但由于他倆都不是正統(tǒng)的數(shù)學(xué)家,又沒(méi)有系統(tǒng)地上升到理論高度,因此他們的成果沒(méi)有引起 人們的凝視。 從上可以看出復(fù)數(shù)的產(chǎn)生對(duì)于數(shù)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響,由它出發(fā)不僅創(chuàng)立了有重大突破的四元數(shù)理輪,后來(lái)還出現(xiàn)了超復(fù)數(shù)的概念,甚至到了 1972年蘇聯(lián)一位學(xué)者還是提出了雙復(fù)數(shù)的概念,它們?cè)谖锢韺W(xué)中都找到應(yīng)用。即使是復(fù)數(shù)本身,在愛(ài)因斯坦的相對(duì)論中也用 t,最近還有人將復(fù)數(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)論的控制論。 復(fù)數(shù)理論的創(chuàng)立,在數(shù)學(xué)本身已經(jīng)得到廣泛的擔(dān)任應(yīng)用,而受復(fù)數(shù)啟示而誕生的四元數(shù)理論不僅給數(shù)學(xué)帶來(lái)觀念的更新,而且導(dǎo)致了許多的數(shù)學(xué)理論的建立。直到最近還有人在復(fù)數(shù)概念的啟示下去創(chuàng)立新的數(shù)學(xué) 概念和理論。 更重要的是復(fù)數(shù)理論在實(shí)踐上有著廣泛的應(yīng)用,它不僅應(yīng)用于力學(xué),電工學(xué),相對(duì)論,而且還用于系統(tǒng)論和控制論,甚至還有可能應(yīng)用于理論物理。而由復(fù)數(shù)理論啟發(fā)所創(chuàng)立的四元數(shù),超復(fù)數(shù)和雙復(fù)數(shù)理論也廣泛應(yīng)用于向量場(chǎng),空間靜力學(xué),力學(xué),磁學(xué),晶體學(xué)和電磁場(chǎng)等多種學(xué)科中。 正是由于復(fù)數(shù)概念在理論上,實(shí)踐上有著廣泛的應(yīng)用,因此它具有很強(qiáng)的生命力,對(duì)復(fù)數(shù)理論的研究可以講是長(zhǎng)期不衰,四百多年過(guò)去了,今天復(fù)數(shù)理論還吸引著許多人去研究。 6 結(jié)束語(yǔ) 數(shù)的概念的每一次擴(kuò)張都標(biāo)志著數(shù)學(xué)的進(jìn)步,但是這種進(jìn)步并不是按照數(shù)學(xué)教科 書(shū)的邏輯步驟展開(kāi)的。因此本篇論文主要討論了數(shù)學(xué)中的數(shù)的歷史過(guò)程和發(fā)展 理數(shù)、實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)的一系列歷史發(fā)展過(guò)程和擴(kuò)展,數(shù)的每一次擴(kuò)展標(biāo)志著巨大色飛躍,一時(shí)代對(duì)于數(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用,以及數(shù)系理論的完善,反映了當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)的水平。 現(xiàn)在,我們所用的數(shù)走過(guò)了以上所提的歷史后,已經(jīng)夠早的如此完備和縝密,在生活和科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)域中,它都成為基本的語(yǔ)言和不可缺少的工具。 論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 參考文獻(xiàn): [1] 李文林主編 北京 :科學(xué)出版社 ,1998年出版 [2] 李文林 北京 :高等教育出版社 ,2011年 2月第 3版 [3] 梁宗巨 遼寧 :教育出版社 ,2000年 10月第二版 [4] 王建午 ,曹之江 ,劉景麟 北京 :人民教育出版社 出版 [5] 數(shù)學(xué)文化 ,2012年 /第三卷第 1期 論文寫(xiě)作指導(dǎo): 論文資源網(wǎng): 專(zhuān)業(yè)的論文、設(shè)計(jì)資源學(xué)習(xí)分享平臺(tái) 致 謝 此論文完成之際,我首先要衷心感謝我的導(dǎo)師 艾合買(mǎi)提江 老師 在此論文的完成過(guò)程中給我的大力幫助,使我能夠順利的完成畢業(yè)論文 . 本論文是在 艾合買(mǎi)提江 老師的悉心指導(dǎo)下完成的,論文的選題、技術(shù)路線的構(gòu)思以及論文的寫(xiě)作都凝聚 著指導(dǎo)老師的辛苦與教導(dǎo) ! 夏普開(kāi)提 師豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),誨人不倦的師風(fēng)和寬廣的胸懷給我留下了深刻的印象,不僅使我?jiàn)^斗進(jìn)取,而且使我懂得了為人處事的道路,受益終生。 導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度一絲不茍、忘我的工作作風(fēng),平易近人,隨和善良的為人準(zhǔn)則,良好的個(gè)人道德修養(yǎng),堪為學(xué)人的典范,讓我受益終生 論在工作還是生活中,導(dǎo)師都給予我極大的關(guān)心照顧和充分的理解 學(xué)到的不僅僅是專(zhuān)業(yè)知識(shí),還有想問(wèn)題及處理問(wèn)題的方法 法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,使我受益匪淺,對(duì)我今后學(xué)習(xí)、生活都將大 有稗益 向我的導(dǎo)師致以崇高的敬意與衷心的感謝 ! 學(xué)校領(lǐng)導(dǎo),學(xué)院領(lǐng)導(dǎo),系領(lǐng)導(dǎo) ,以及各位老師們?cè)谖耶厴I(yè)論文研究中提供的各方面的支持和寶貴意見(jiàn),此論文中包含著你們的汗水、支持、關(guān)懷和心血。 再次感謝所有關(guān)心我的老師、親人、同學(xué)和朋友! 感謝你們對(duì)我付出的一切!- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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