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13 浅谈为何没有三元数

2013-04-19 08:11阅读:
前些天去听了一个关于数系的讲座,说到了数系的扩充,听得我心情澎湃,回来之后居然忘记听到了什么……只好自己重新推算一遍。当时讲座说到了哈密顿(Hamilton,19世纪数学家)的工作。他曾经整天琢磨怎样才能设置出一个能进行四则运算、模法则、以及各运算律等已有数系应有的基本性质的新数系。由于已有的数系最高是复数系C,也就是二元数,他自然是想到了三元数。遗憾摆弄多日无果,却被他偶然一天弄出了四元数。
四元数(哈密顿数H)是一个很有意思的话题,待有机会我弄懂了会回来聊聊它的。今天不聊四元数,聊聊三元数——它为何不能在简单的条件下成立。
我所指的简单条件是,它需满足四则运算,和拥有其应有的运算律。当然,仅从模法则看,也能证出它不符数运算律。但我还是按捺不住想谈谈自己刚搞出来的证法(讲座听来的证法忘记了,要不更为简洁)
如果有三元数A,它必须能写成这样的形式:
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其中 i 是虚数单位,a、b、c是实数。当 c=0 的时候,它就退化成二维的复数。因此看得出,复数集是它的一个真子集,复数的一切运算律,在此应也可以通用(实数更是可以了)。
只要定义出 j 是什么东西,符合什么运算律,就可以“投入使用”了。
给出任意两个三元数A1、A2,它们形如
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计算它们的乘积A1A2。(其中会用上乘法分配率);关于 j 的项,由于不知道它是什么,保留不合并:
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下一步看看 -A1A2,注意 -1 可以视为两个 i 的结合( 13 <wbr>浅谈为何没有三元数)。
那就有 13 <wbr>浅谈为何没有三元数
由于A1A2+(-A1A2)=0,因而两条等式右边相加也应对消。但不要依据 i 与 j 来合并各项,而是依照系数来合并各项。因为系数是任意的,所以,相同系数后面跟着的维度单位(即 1、i、j)也对应可合并。整理一下有等式:
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再由于系数任意性,要此等式恒成立则必须有
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注意看第二条,意味着三元数的第三维 j 满足正交换律。
观察。如果三元数同时还拥有结合律,那即可以把第三条左边写成
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当当当当,左右不相等了——终于得到我需证出的结果:三元数至少与结合律矛盾啦,嘿嘿。
其实即使只看第一条最右边,也可以得出它不符合结合律:
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结果都是一样的。
为了弄清三元数和哈密顿数的诞生,今天随便谷歌百度了一下,发现这个问题也是民科的热点话题。对此,我的观点也有了:三元数的“不存在”,并不是指逻辑本源上的不存在,而是指它若存在,就必须舍弃它的子集实数集所拥有的许多性质。那就形同一个与数系扩充无关的问题了——而且,造出来的这新系统可用性非常有限。只是,世事无绝对,连1+1=1也有它的用处,一个不符合实数运算律的数系的用处,说不定会是宇宙的大奥秘所在,谁知道呢?——还是留给有心钻牛角尖的人吧。

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