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無理數的發現和第一次數學危機

生活 更新时间:2024-05-11 02:29:50

大K老師:上次我們講了畢達哥拉斯定理,今天我們來聊一聊無理數。

小C同學:好的,大K老師。

大K老師:小C,你知道嗎,無理數的發現是用畢達哥拉斯定理推導出來的,并且引起了數學史上的第一次危機。

小C同學:啥?數學也會有危機嗎?

大K老師:哈,是的,請聽我慢慢道來。我們先來了解一下什麼是無理數。但要了解無理數,我們得先知道什麼是有理數。小C,你知道有理數是什麼嗎?

小C同學:我知道,有理數是整數和分數的統稱,像我們平常所說的1、2、3、1/2、1/3……這些就是有理數。

大K老師:是的,沒錯。因為整數也能寫成分母為1的分數,故有理數我們可以把它理解為“兩個整數之比的數”。相對地,無理數我們就可以理解為“不能寫作兩個整數之比的數”。

小C同學:還有不能寫作兩個整數之比的數?這個數還真的有點難以想象。

大K老師:嗯,在畢達哥拉斯的時代也是難以想象的。在當時,畢達哥拉斯學派對數字很癡迷,甚至有着宗教式的崇敬,他們相信“萬物皆數”,認為一切事物均可用整數或整數的比值來表示。

小C同學:“整數或整數的比值”——這不是上面說的有理數嗎?

大K老師:是的。在當時他們認為有理數就是數軸上所有的數了。但在畢達哥拉斯定理提出後,麻煩就來了。小C,你還記得什麼是畢達哥拉斯定理嗎?

小C同學:記得呀,就是直角三角形兩直角邊的平方和等于斜邊的平方。

大K老師:很好!那麼,假如一個直角三角形的兩條直角邊長度都是1,斜邊是多少呢?

無理數的發現和第一次數學危機(引起第一次數學危機的無理數)1

小C同學:根據畢達哥拉斯定理,它應該是一個自己乘以自己等于2的數字。

無理數的發現和第一次數學危機(引起第一次數學危機的無理數)2

大K老師:沒錯!但是,這個數字是否是有理數呢?它能否表示成兩個整數之比呢?

小C同學:呃……感覺有點複雜……呵呵。

大K 老師:這個問題是當時畢達哥拉斯的一個學生叫希帕索斯(Hippasus)發現的。基于當時的認知(所有數字都是有理數),他嘗試過多種方法,發現都無法找到這樣的一個數字(兩個整數之比)來滿足自己乘以自己等于2。于是他決定證明這個數字确實無法用整數比來表示,證明如下。

無理數的發現和第一次數學危機(引起第一次數學危機的無理數)3

小C同學:這個證明也挺巧妙的呀,看來這個學生希帕索斯也是個數學天才呀!

大K老師:是的,不過這位天才後來的命運就比較慘了。他把這個發現告訴了他的老師,然而畢達哥拉斯認為這是一個荒謬的現象,但他又無法去解決這個問題,為了捍衛他們學派的真理和信仰,他決定把這件事情隐瞞起來,并把這位學生扔到海裡殺死。這就是數學史上的第一次危機。

小C同學:就這麼被殺了,看來确實是“危機”呀!

大K老師:哈哈!不過這雖然是一次危機,但當我們在化解了之後,認知就會擴展,從而建立起新的理論,所以我們不要懼怕去探索那些所謂不可能的事情。上面所求斜邊的結果我們今天稱為根号2,像這類的數字有很多,它們被統稱為無理數。無理數和有理數則統稱為實數,它們的關系如下圖。

無理數的發現和第一次數學危機(引起第一次數學危機的無理數)4

大K老師:好了,今天就講到這裡,拜!

小C同學:好的,謝謝大K老師,拜!

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