杜維華:淺談「數」(二)

杜維華
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【大紀元7月16日訊】上次談到自然數的基本定義,有了這個定義,自然可以討論其性質,當然這些性質如實地反映了實際生活中的現象。可是僅僅有了自然數的概念是遠遠不夠的。

我們知道在自然數中也是有除法的,但是並非任何兩個自然數(0除外)都能夠整除,那麼當不能夠整除時我們怎麼辦呢?在理論直觀上真的能夠實現嗎?

比如一個兩米長的木棍要等分為三節,我們也同時知道等分為三節的方法,就是運用平面幾何中的等分線段定理:一個三角形ABC(A,B,C分別為三個頂 點),把BC看作底邊,如果平行於底邊BC的一組平行線等分AB,那麼這組平行線也同樣等分AC。我想大家很容易知道如何應用這個定理等分這個兩米長的木 棍。所以,從理論上講,2除以3應該是有意義的(這裡暫不探求我們這個物理世界是否真的能夠做到有2除以3的結果,因為這牽扯到構成這個世界的最小粒子單 位)。

也就是說,在理論直觀上是存在分數的,所以我們定義分數是完全合理的,通常表示為n/m的形式,比如2除以3的結果表示為2/3。不過,代數中的定義可就 不是這麼簡單了,那是為了在邏輯上無矛盾而建立的,當然,我們可以放心大膽地按照實際生活中的經驗來做,這都沒有關係。可以說,雖然在定義的時候我們還把 它看作學問來對待,但由於應用得太頻繁了,它已經成為我們實際生活中直覺的東西了。

那麼當我們想表示欠誰多少錢時怎麼辦呢?這時我們用負數來表示,比如用-2表示拖欠別人2元錢等。自然,我們可以定義出負整數,負分數等等,我們統稱這些 為有理數,也就是說,這些數都是「有一定道理的」。

在運算上,所有有理數所構成的集合對加減乘除都是封閉的(除法時,0不能作為被除數),在小數表示上,表現為整數,有限位小數或無限循環小數。

此外,由於解方程的需要,比如x*x=2的解如何表示呢?就用根號表示吧。同時也發現了一些數無法表示為分數的形式(例如根號2,兀等),於是統稱這些為 無理數。在表示上表現為無限不循環小數。在中學教學中把無理數定義為無限不循環小數。

以上所敘述的是我們平常人能夠理解的,大家也都覺得很自然,雖然也稱它為數學,但還是沒有使用嚴格的邏輯推理,很多都是通過舉實例的方式和激發人們想像 (我稱之為合情推理模式)來達到讓人們理解。人們還沒有感覺到數學的不可思議。這些東西並不是現代科學的實質,因為即使沒有現代的科學,我們還會運用這些 知識,所以它還是正常社會的產物。

北萊茵

(http://www.dajiyuan.com)

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