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发现“无理数”,最终形成“实数”概念

已有 8009 次阅读 2011-4-30 16:38 |个人分类:科学八卦|系统分类:科研笔记| 无理数

 
公元前6世纪的毕达哥拉斯相信,有理数就是数的全部,现实中不会有用有理数表示不了的任何量。
 
可是,毕达哥拉斯的这种信念受到了挑战。正是他的一位具有独立思考精神的弟子希帕索斯发现了一个“绝对无法用有理数表示的量”。
 
这就是隐藏在“正方形对角线”中的那个量
 
毕达哥拉斯通过证明得到的“三平方定理”(即“毕达哥拉斯定理”,又叫“勾股定理”)说,一个边长为1的正方形,其对角线长度等于一个“平方等于2的数”,即等于“2的平方根”(=1.414…)。然而希帕索斯发现,这个不是有理数。
 
这一发现否定了毕达哥拉斯的教条,使得他的其他弟子大为惊恐。据传,为了避免向外泄露这一发现,希帕索斯被溺水害死。
 
这一不是有理数的数,叫做“无理数”(irrational number)。此外,还有3的平方根(sqrt{3}=1.732…)、5的平方根(sqrt{5}=2.236…)、古希腊使得就已经知道的圆周率(π=3.14…)等,也都是无理数。它们全部都不可能用自然数的分数来表示。
 
对于古希腊人来说,发现有理数是不可思议的,会感到困惑。不过,它们很快就接受了这种数,终于形成了把有理数和无理数都包括在内的“实数”(real number)概念。
 
 和无理数世界
 
1. 镌刻在泥板上的 
   在4000年前古美索不达米亚文明的一块泥板(YBC7289)上,绘有一个正方形及其对角线。
   对角线上戳刻有用楔形文字代表的一个数“1•24•51•10”。
1 + frac{24}{60} + frac{51}{{60}^{2}} + frac{10}{{60}^{3}}
   这是一个用60进位法表示的数,改写为10进制数就是1.41421296296…。
   这是 的非常精确的近似值(近似到小数点以后的5位)。
=1.41421356237…
   泥板上同时还戳刻有当正方形边长为30时的对角线长度值,即用60进制表示的数
   “42•25•35”,改写为10进制数为“42.4263888…”。
【注释:美国耶鲁大学所藏编号为YBC7289的泥板。正方形的边长为7~8厘米。
考证为公元前20世纪的文物】
 
2. 不循环的无限小数=1.414…
   把改写为小数,结果是没完没了的无限小数,而且,这个小数没有循环部分。
   因此,不是有理数,而是无理数。
 
 
3. 古人表示平方根的作图
   画一个边长为1的正方形,绘出它的对角线,其长度就是sqrt{2}。
   以这个sqrt{2}为底边,画一个高度为1的长方形,绘出它的对角线,其长度就是sqrt{3}。
   以这种方式重复作图,使能够得到长度为自然数的平方根1、sqrt{2}、sqrt{3}、sqrt{4}=2、sqrt{5}…等等的线段。
 
 
 
 
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