阅读下文,完成下列小题
说数
沈致远
①自然数1、2、3……是数学之起点,其他所有的数都是从自然数衍生出来的。自然数的实物原型可能是十个手指,否则我们不会采用十进位制。
②自然数均为正数,负数之引入解决了小数不能减大数的困难,例如1-2=-1。负数也是有原型的,欠债不就是负资产吗?所以负数概念的形成恐怕与人类早期的商业借贷活动有关。
③零是数学史上的一大发明,其意义非同小可。首先,零代表“无”,没有“无”何来“有”?因此零是一切数之基础。其次,没有零就没有进位制,没有进位制就难以表示大数,数学就走不了多远。零的特点还表现在其运算功能上,任何数加减零,其值不变;任何数乘以零,得零……零的原型是什么?是“一无所有”还是“四大皆空”?
④零和自然数以及带负号的自然数统称为整数。以零为中心,将所有的整数从左到右依次等距排列,然后再用一根水平直线将它们连起来,这就是“数轴”。每个整数对应于数轴上的一个点,这些点以等距离互相分开。你看!负数和正数分列左右如雁翅般排开,零居中央,颇有王者气象。
⑤分数的引入解决了不能整除的困难,例如1÷3=1/3。分数当然也有原型,例如三人平分一个西瓜,每人得三分之一。
⑥数轴上相邻两个整数之间可以插入无限多个分数以填充数轴上的空白,数学家一度认为这下子总算把整个数轴填满了。换句话说,所有的数都已被发现了。其实不然!有些数就根本无法以整数或分数来表示,最著名的就是圆周率——3.14159265358979323846……圆周率既不循环,也无终结,包含着无限的信息。想想看!北京图书馆里浩如烟海的藏书所包含的信息虽然极多,但仍是有限的,而圆周率却包含着无限的信息,怎能不令人惊叹!数学家将像圆周率那样无法用整数或分数表示的数称为“无理数”。
⑦有了无理数以后,原来的整数和分数统称为有理数。对数的寻求是否到此为止呢?数学家并不满足,继续孜孜以求,寻找尚未发现的新数,果然被他们找到了。发现的契机是研究一些数的平方根:4的平方根是2,是正整数;2的平方根是一个无理数,和圆周率类似。那-1的平方根是什么?大家都知道任何数的平方均为正数,据此-1的平方根就根本不存在。但不存在的东西可以创造出来!这就是科学的创新精神。数学家为此创造了“虚数”,以符号i表示之,并规定i的平方为-1,-1的平方根当然就是i了。同理,-4的平方根就等2i,即2乘以i。
⑧引入虚数固然解决了负数开平方的难题,但也带来了另一个困难——虚数在数轴上没处摆。这迫使数学家创造出一根“虚数轴”,使之与改称为“实数轴”的原来之数轴相垂直。由虚、实两根数轴组成的平面称为“复平面”。实轴上的点是实数,虚轴上的点是虚数。复平面上其余的点就是“复数”,它包含实数及虚数两个部分。零就是实轴与虚轴的交点,是整个复平面的中心,仍占有非常特殊的地位。从实数轴上的“雁翅排开”,发展到复平面上的“众星捧月”,无论数的概念怎样扩大,零的特殊地位始终不变。难怪最近在网络上评选一千年来最重要的发明时,零也在被提名之列。我有一首小诗单咏零:
零赞
___________________________
⑨谁说数学枯燥无味?数学天地充满了诗情画意,有待我们去发掘。
⑩虚数和复数有没有实际的原型呢?乍看似乎“虚”无飘渺,“复”杂得很。其实虚数和复数都有原型:电工学中的虚功要用虚数表示,量子力学中的波函数要用复数表示。谁说数学太抽象?即使抽象如复数,其应用也实际得很呢。
⑪从自然数到负数和零,再到分数、无理数和复数,数的发展史是否还有更新piān章?我们且拭目以待。