数是什么?道德经说:“无名,天地之始;有名,万物之母。”数只是某种概念的名,你可以把它叫做“一二三四”,也可以把它叫做“one,two,three,four”,关键是它们之间的关系。
“道生一,一生万物”。可见所有的数中首先有的是一,然后是自然数。当然一是相对于零而产生的。而零的发现对于数学是革命性的。开始时还没有把它命名为零,而只是称为有和无。有是一,无是零。还有多少区别,那么有多少是一呢?一只苹果是一,一筐苹果也是一,一车苹果还是一。“芥子须弥皆为一”。也就是说,数是没有单位量纲的。读者可能马上会问,那么你说什么是一呢?你说为什么把它叫做一呢?我说,你首先要问自己,这样的问题在小学一年级时,你可以不问,到了中学,你说该不该问一问这个问题呢?问一下老师,可能老师也不能很好地回答,或者似是而非地讲得不一定清楚,但更加重要的是要问自己。
一只是一个抽象的概念。与实际的应用问题联系起来一定还要带上量纲。量纲还与尺度有关。一小于三,但是一米大于三厘米,而一米与三千克一般没有什么关系。做一个水下机器人打扫游泳池,现在很容易做到。但要造一个水下机器人搜寻海底的坠机,并不像做数学——只要乘一个常数或者改变量纲就可以实现的。
有了一以后,首先要定义加法,一加一记为二,二加一记为三,如此等等,一个数B排在另一个数A的后面是因为B=A+1,还是那个一在起作用。A+1可以看成是算式,也可以看成是A的后继者。排在A后面的那个(当我们还不知道它的本名时),它同时也叫做B。这样我们得到了自然数,更加精确地说,数是由加法关系一个一个地产生的。我们熟悉的是十进位自然数。这里隐含着一个深刻的科学思想,就是一个大数字的大问题,我们总可以分成一些小问题,十个一我们给它取名叫十,十个十叫做百,如此等等。我们也可以不用十作为分组的基本单位,譬如,罗马数字先以十分组,称为X,又把它分成两组,称为V。而计算机就采用二作为基本的分组单位,可以用电子的正负、颜色的黑白、光盘唱片的高低、磁极的方向来刻画或者记录数字。我们用的各种数字设备一般都是用这样的手段来记录数字的。你说我们还可以用什么更好的办法来记录数字呢?你想过没有:我们的U盘是用什么手段记录数字的?
将数与几何中的点联系起来是数学的基本手段,也是数学原本用科学手段描写点的初衷。(www.daowen.com)
如果我们把所有读到的数反过来记,譬如,12345记成0.54321。那么,任何的自然数可以记成一个小数,它与(0,1)区间上的一个有理数点对应起来(我们还没有引进点)。所以如果有能力在(0,1)线段画上一个对应于这个数的点,那么你就可以将这个数记录下来。你看,世界上任何数字存储设备中的内容只是一个有限位的小数,可以与(0,1)区间上的一个有理数点对应。想一想,你还有什么办法吗?
如果是有限位小数,我们可以在后面用零补成无限位的,如果有两个这样的小数,我们可以交叉地记成一个小数,如0.13579和0.2468可以记成0.123456789。如此这般,可以这么说,任何多的整数我们都可以记成一个小数,对应于(0,1)线段上的一个点,从而记录下来。反过来,如果你能够定位这个点,可以把它读出来,并且分离成用上面的办法合成前的许许多多的数,甚至是世界上所有的整数。世界上所有计算机里的内容都只是许许多多的整数。但它包含了世界上所有的电子图书馆、视频录像、文本软件。你看,你只要有能力找到(0,1)区间上的任何一个有理数,那么你就记下世界上所有的知识。如果你喜欢灌输性地记忆知识,那么你还不如学一下怎么找到这个有理数点的位置。
自然数是对对象的抽象描述,加法则是对象之间的关系,数学从此就产生了。任何科学都是要描述一些对象以及对象之间的关系,这些关系则会演绎出更加崭新的世界。自然数关于加法是封闭的,两个自然数加起来还是自然数。有了加法,就会有加法的逆运算——减法。但是有了减法,就会产生新的数——负数与零。负数还比较好理解,还是可以添加量纲,比如欠了几个苹果。零对人类来说,是比正整数与负数更难理解的概念,量纲都没法附在后面。一是从一个苹果之类抽象出来的,而零则是从自然数、负数这些抽象的概念中产生的更加抽象的概念。
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