“x=1是方程,還是方程的解?”這是學生常有的疑惑。
怎麼解答這個問題?“因為它符合方程的定義:含有未知數的等式是方程,所以x=1是方程。”
這麼說是不是感覺有些牽強?好像是個文字遊戲,這樣回答對學生理解方程思想有好處嗎?
那我如果問:a b=b a是不是方程?C=2πR是不是方程?又該怎麼解答?
讓我們追根溯源,去了解方程概念的來源。
維基百科上equation的解釋是:
In mathematics,an equation is a formula of the form A=B, where A and B are expressions that may contain one or several variables called unknowns,and “=” denotes the equality binary relation.(在數學上,方程是一個形 如A = B的式子,其中A和B是含有一個或幾個未知數的表達式,等号“=”表示相等的二元關系)從這個定義看,equation的意思就是等式。
1859年,李善蘭(1811-1882)和偉烈亞力(A. Wylie,1815〜1887)合作翻譯英國著名數學家德摩根(又譯棣麼甘,A. De Morgan, 1806〜1871)著的《代數學》(Elements of Algebra)。第一次将equation譯成“方程”。
李善蘭(圖片源于網絡)
原文是:“Every collection of algebraical symbols is called an expression,and when two expressions are connected by the sign =,the whole is called an equation.” (A. De Morgan,1837)李善蘭和偉烈亞力将這句話譯為“并代數之幾數名為式,兩式之間作等号,謂之方程。”(棣麼甘, 1859)
從原文來看,equation就是“将兩個代數式用等号連接起來的式子”,依然還是等式的原始本意,并沒有任何“未知數”之類的意思。那麼為什麼李善蘭沒有将equation直譯為“等式”,而是意譯為“方程”呢?
再看美國教材:equation一詞具有多義性,狹義的理解當然是含有未知數待解的等式,而廣義上說就是等式(equality),都是指兩個數量或表達式之間的相等。總體來說,除了“恒等式”(identity)之外,美國數學教材對“等式”基本不作什麼解釋,因為這是英語裡一個淺顯易懂的基本單詞。而在美國這個十分強調種族和社會平等的體制裡,equality (公平,平等)更是大衆媒體頻繁使用的關鍵詞。equation一詞也很類似,時政新聞和評論裡經常會有“political equation”,“balance the equation”,“change the equation”之類的措辭,equation一詞被賦予,“關聯”、“平衡”之義。
從以上三處綜合來看,“方程”一詞實屬中國特色,它将一類用等式表示、并由此求出未知數的模型凸顯了出來,比廣義的“等式”一詞更加準确。英文裡的“equation”一詞更多是從宏觀上強調其“平衡”、“等價”的本質,比較粗泛。如果我們把二者混為一談是不準确的。
教材中用“含有未知數的等式叫方程”來定義,是受到西方數學教材中對方程定義的影響,而在實際操作中,往往片面地判别為“含有字母的等式叫方程”,那就是謬誤了。教師用一堆含有字母的代數式,讓學生判别:“是不是等式?”、“有沒有字母?”來認識方程。這樣做,不會讓學生增加任何對方程概念本質屬性的認識,很有點“庸人自擾”的味道。試問:有哪個學生因為不認識方程?方程概念一旦脫離尋求未知數這一核心思想,也就遠離了它的數學本質。
将“含有未知數的等式”偷換為“含有字母的等式”在邏輯上是錯誤的。因為“含有字母的等式”種類很多,可以具有不同的意義;而方程隻是“含有字母的等式”的一種情形,這個所謂的方程定義,在邏輯上“以偏概全”了。打個比方:“含有字母的等式”好像是一個饅頭,你可以拿它當早餐,也可以當午餐、晚餐。饅頭的使用目的全憑你而定。說“含有字母的等式叫方程”,就好比“當早餐吃的才叫饅頭”,是當然不對的。
再比如:描述加法交換律的式子a b=b a,也是含有字母的等式,但這并不是方程,這個式子中的字母泛指任意數,而不是未知數。圓周長公式C=2πR,這裡的字母表示某類數(C表示面積、R表示半徑),和方程求未知數沒有關系。s=vt當v為常數時,字母表示變量,式子表示兩個變量的對應關系。
中國古代,将方程組的各項系數和“實”之數,用算籌布列成矩陣狀(現稱增廣矩陣,這也是“方”字的由來),然後用消元法變換這些系數(“程”就是計量),最後求得問題的解。
增廣矩陣(圖片源于網絡)
劉徽(魏晉時代人,生卒不詳)是這樣界定方程的:“群物總雜,各列有數,總言其實, 令每行為率。二物者再程,三物者三程,皆如物數程之。立列為行,故謂之方程。”(郭書春, 2004)結合《九章算術》方程章的問題,就可以知道,“方程”二字,其核心思想是借助一組等式關系求出未知數,所面對的是一個多元一次方程組。中國古代在高次方程求解上貢獻很大,世稱“天元術”。
《九章算術》(圖片源于網絡)
我們不妨揣測一下李善蘭翻譯時的良苦用意:可能在他看來,中國的天元術和解線性方程組,都是從一個或一組等式求出那些符号所代表的未知數之值。這樣一來,方程就是一種等式關系,但又超出了“等式”原來的含義,中國的“方程” 一詞就和“求未知數”、“求滿足等式的根”的含義聯系在了一起的。由此看來,方程作為最重要的一種等式, 在中國以及東方的漢字文化圈裡得到傳播,使後學者從中受益,至于僅僅把方程看作“含有字母的等式”,那是過于簡單化,辜負了李善蘭的一番苦心呀。
再插一個數學之外的“方程”——Fl(FIA Formula 1 World Championship,世界一級方程式錦标賽)。體育賽事怎麼也會要解方程呢?原來是參加F1賽事的汽車的氣缸、動力、傳動、 輪胎等等都要符合一套規定,即一組formula,formula也就順理成章地翻譯成“方程式”。
看來,在長長的科學史上新的科學名詞會不斷更叠出現,西方文明與東方文明數次交流碰撞,我們絕不能妄自菲薄,照搬照抄,我們應該重視東西方文化的融合,找到西方文化背後的中國背景,讓新的概念在博大的中華文化裡落地生根。
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