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数学中的可逆性

2017-01-11 10:54阅读:
“数学中的可逆性”,写下这个题目,自己知道,这个题目让我起大了,一个数学水平不怎么样的人怎么能说这样的大话?所谓数学中的可逆性,仅能把自己所知道的作简单地介绍,起到抛砖引玉的作用,或者连砖的作用也不起,只是自话自说罢了,并没有别的目的。
自己活了大半辈子了,学习数学那是年轻时候的事,确切地说是在上学的时候。以前学习数学是在老师的教导下,一板一眼地学习,感到枯燥无味是常有的,对数学也没有作过多过细的深入的研究,或者说感兴趣的时候少,现在活了大半辈子了,怎么又会想起这样的话题呢?真是奇了怪了,自己也纳闷了。
也许是随着年龄的增长,阅历的丰富,对一些现实问题总是想到用数学模型来分析,在不自觉中,在潜移默化中,数学得到了用武之地,才对数学的兴趣又重拾起来,有时在睡醒觉的半夜,自己瞎琢磨一些数学问题,其中的一个问题就是数学的可逆性问题。
我们人类所处的客观世界中,事物是相互联系的,也是相互矛盾的,在联系和矛盾中互相转化,构成客观世界的统一体。在事物的相互作用中,最普遍的现象莫过于增加和减少,就是在这或剧烈或微不足道的难以觉察的增加和减少中实现了事物的相互转化。人类为了描述这种变化,用了物理的、化学的、数学的方法去认识、研究和探寻。
在数学语言中,就数学的方法而言,我们最熟悉的方法就是加法和减法。多年来,我在思考一个数学问题,就加和减来说,它是一对矛盾的统一体,有加必有减,有减必有加,并且是可逆的,这里我姑且叫可逆性。
如果数学方法仅停留在加减,在人类描述事物运动的轨迹中,也不能说不可以,但这种方法显然是非常笨拙的,无法体现效率,在人类的演进中,数学得到了进一步发展,有了乘除、乘方开方、指数对数等计算技术。
就说加减法吧,象1+1=2、2-1=1,在现实生活中,加法描述的是物质的累积,减法描述的是物质的减少。简单的加减运算,象数量较少的变化过程,是我们容易掌握的,但数量较多,较复杂再用加减方法运算显然是不能满足我们的需要了。为了更简便的描述事物的累积和减少过程,我们引入了乘除法和乘方开方。
我们所说的乘
法和除法,实际是加法和减法的特殊形式,为了书写的简便,把特殊的加减法用简便形式描述。象四个五相加,5+5+5+5=20简便地写成5×4=20;20里面是由几个5组成的,20-5-5-5-5=0我们会简便地写成20÷5=4。同样的道理,我们所说的乘方,既是加法的特殊形式,又是乘法的特殊形式,象5×5×5×5=625,为了简便起见,可以用乘方来表示5×5×5×5=5⁴=625。我们所说的开方,既是减法的特殊形式,也是除法的特殊形式,象对625进行开四次方,就是想看一下,625这个数字的底数(基础数)是几,也就是说就是想看一下625这个数字究竟是由哪个基础数相加得到的,我们对625经过两次开平方后,知道这个底数就是5。实际上,用除法来表述就是625÷25=25,25÷5=5。当然,一些特殊的数据,像开单次方时也是同样的道理。
我们所说的指数和对数,实际上是把乘方问题作为一个特例专门去研究。
当我们把视野上升到指数的概念研究数学问题的时候,我们发现,乘方问题和开方问题实际上是将两个问题合二为一了,开方问题也转化成指数问题,这时我们发现对某个数字开几次方,就是某个数字的几分之一方。转化成指数问题后,我们就可以运用指数运算法则,对同底的数据进行乘除运算了。
对数问题是由乘方问题延伸得来的,对数问题其实质还是个指数问题,简单地来说就是求指数。象5º=1,当我们不知道指数是0时,我们就用到了对数,用对数表示为㏒5¹=0。
我们现在知道了,对数问题还是为了解决指数问题,乘方的指数和对数是互逆关系。有意思的是,在历史上,十六世纪至十七世纪数学家为了解决现实问题发明了对数,但对数发明之前并没有指数的概念,也不是利用指数和对数的互逆关系来研究对数。“直到18世纪,才由瑞士数学家欧拉发现了指数与对数的互逆关系。在1770年出版的一部著作中,欧拉首先使用y=a^x(a>0,且a≠1)来定义x=log (a) y (a>0,且a≠1),他指出:‘对数源于指数’。对数的发明先于指数,成为数学史上的珍闻。
以上我们不难看出,不管是对数和指数,还是乘方和开方、乘法和除法、加法和减法,都具有互逆性,也就是可逆性。
在学生时期,学习数学就是跟着老师亦步亦趋地学,学到哪说到哪,到了高中阶段,老师仅针对所讲授的内容传授数学知识,大多没有对以上的数学概念进行系统地分析和讲解,也许上升到理论的高度去讲授知识也没有必要。大多数人在学习数学的过程中,由于对数学不感兴趣,或者感到死难学,就中途放弃了,或者由于知识链的脱节再也跟不上趟了,总之,距数学的距离越来越遥远,将数学拒之门外。如果让学生理解了上述知识的可逆性,摸清了数学的存在和发展规律,逐渐对数学的学习产生浓厚的兴趣,我想学好数学可能不会太难。
成稿于2017.1.11早8:00

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