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复数的出现与认识

(13-11-25 12:00)

  虚数,即俗称的负数开平方,特别的是,虚数是有单位的,其单位写作“负1开平方”,记作i,即i=负1开平方。复数,即俗称包含虚数的数,代数式写作a+bi,其中a、b为实数;a称为实部,bi称为虚部。
  
  人类至少在上古时代,已经会求解一些一元二次方程了,例如:四千多前的古巴比伦人。与减法运算引出了负数,有点类似,在求解包括一元二次方程在内的高次方程时,一定会出现负数开平方的问题。负数开平方的数,后来被称之为虚数,“虚数”这个名称是17世纪法国数学家笛卡尔(ReneDescartes,公元1596——1650年)创造的。虚数至少在17世纪,还是被认为没有意义的。例如:牛顿(IsaacNewton,公元1643——1727年)等人。因此,人们总是回避负数开平方的问题,即使在求高次方程的根时,遇到负数开平方,通常采取放弃。例如:4000年前的古巴比伦,1700年前的古希腊人,800年前中古时的印度人等。
  
  诞生于纪元初左右,我国的数学著作《九章算术》中,已经有了二次方程的问题,并且给出了一些一元二次方程的求根过程。事实上,只要涉及到一元二次方程的求根,必然会涉及到复数,《九章算术》中没有复数,并且在以后的数学书中,也没有复数。由此推断,我国古代的数学家,也是放弃负数开平方的。
  
  值得一提的是,是一件非常有趣的事,那就是古希腊的代数学家丢番图(Diophantus,公元200年左右——284年左右),在解高次方程时,只接受有理根,而放弃其它的根。这也许是因为当时的西方,还不承认无理数,负数,复数的缘故。其实,毕达哥拉斯定理的代数式,就是一个一元二次方程,而这个直角三角形斜边的长,则是这个一元二次方程的根,古人取其正根是对的,负根在这里没有意义。
  
  古希腊的丢番图是一个纯粹数学家,他在对数的认识上,还是受到了直观的影响,如几何的直观。他考虑了高次方程根的实际意义,而忽略了数学上的意义。处于同时代的我国数学家刘徽,一定也遇到过负数开平方的问题,但在刘徽先生的数学中,也没有负数开平方的记载。或许刘徽先生也是放弃的。
  
  随着公元5世纪西罗马帝国的灭亡,欧洲诸国进入了,被史学家称之为“中世纪黑暗”的时代,社会发展十分缓慢。到了16世纪的中叶,欧洲在“文艺复兴”中,摆脱了“中世纪黑暗”。此时,正当欧洲人兴高采烈地继承了古希腊数学,并且予以发展时,同样也被负数和无理数困惑的不知所措。与此同时,他们在解一元二次方程时,有人新发现,例如:意大利数学家卡当(JeromeCardan,公元1501—1576年)发现了,如果二次方程中的系数和常数,推广到任意数时,求出的解,有时会出现a+bi形式的数。显然,a+bi形式的数是一种新的数,其中bi是虚数。人们对于古老的负数和无理数问题还未解决,新的问题却出现了。人类在认识的道路上,真是充满了坎坷和挑战。
  
  我国古代,自从西汉刘彻采用了董仲舒的儒家学说,国人的思想逐渐被禁锢了起来,两晋以后愈演愈烈,社会发展开始缓慢,一直到近代被洋人的大炮打醒为止。二汉以后的数学,虽然在计算上有许多成就,例如祖冲之的圆周率、工程问题中数学。但在理论方面,几乎没有超过刘徽先生。虽然,刘徽先生以后的数学,同样有涉及求高次方程根的问题,或许因为实用的缘故,或许因为思想进一步被禁锢的缘故,例如:北、南宋时期发展出的程朱理学,所以始终没有负数开平方的记录。也就是说,我国古代数学始终在《九章算术》和刘徽的《九章算术注》及《海岛算经》中徘徊,始终停留在算术的层面上。
  
  欧洲人在中世纪,由于宗教思想的束缚,在数学上几乎没有贡献,欧洲文明也处于停滞状态。14世纪以后,由于“文艺复兴”,欧洲的社会开始发展了。他们似乎不再害怕什么,他们勇于接受他们从未接触过的文明,勇于面对新的发现,尽管某些发现,虽然有点“莫名其妙”,如:意大利数学家卡当发现的复数,但卡当先生却乐意地接受了下来。在卡当先生以后的二百多年里,人们为了寻求复数在逻辑上的合理性,做了不少工作,终于在19世纪全面认识了复数。于是建立了复数系,其一般形式为a+bi,其中a与b是实数,i是虚数单位。与此同时,人类在认识复数的过程中,产生出了一个新的数学分支,即复变函数理论。
  
  负数的出现是由于算术,算术中的减法,无理数的出现也是由于算术,算术中的开方,这些都是古代国人已知的,并为之寻求定义以及计算方法,如刘徽先生的十进小数计算。不过,在古希腊的毕达哥拉斯先生登场之前,没有人予以证实,无理数是一种新的数。无理数的证实,是源自于古希腊的几何学,是古希腊毕达哥拉斯学派中的希帕索斯先生,他因此而付出了生命。而复数的出现,则完全来自于代数,来自于代数中求高次方程的根。
  
  我国古代的春秋战国,是一个竞争活跃的时代,也是一个社会分化的时代。诸子百家的学说,在这个时代里争前恐后。如果说孔子、孟子、荀子的儒家学说是这个时期,人文哲学的最高成就。那么《九章算术》是国人,从上古至东汉以前,数理哲学和计算方法的最高成就。《九章算术》与孔子、孟子、荀子的儒家学说一样,对后人和以后的周边国家,都有很大影响。然而,在长达二千多年之久的帝皇专制的国度里,国人终于没能在《九章算术》及《九章算术注》的基础上,跨出一大步。
  
  二0一二年三月

一共有 2 条评论
石拓 11-27 07:33 Says:
感谢评论,问好!
sss9080 11-26 19:45 Says:
难得见到数学专业的文章,您是数学老师吗?希望认识您。
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