Чтение онлайн

на главную - закладки

Жанры

Простая одержимость. Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике.
Шрифт:

Подчеркну, что эта история — полная фальшивка. Наше понимание чисел вовсе не развивалось подобным образом. Порядок — и тот неправильный. Он должен быть таким: N, Q, R, Z, С. Натуральные числа и правда были известны в доисторические времена. Египтяне изобрели дроби в начале третьего тысячелетия до P.X. Пифагор (или один из его учеников) открыл иррациональные числа около 600 года до P.X. Отрицательные числа возникли во времена Возрождения из необходимости бухгалтерского учета (хотя нуль появился чуть раньше). Комплексные числа появились в XVII веке. Все это развивалось малопредсказуемым образом, хаотично, как и большая часть того, что делают люди. Неверно и то, что наступил конец истории. История никогда не кончается; как только одна шахматная партия доиграна, немедленно начинается следующая.

Что моя подложная история все же показывает, так это каким образом матрешки помещаются

одна в другой; надеюсь также, что она проливает некоторый свет на то, почему математики не склонны воспринимать мнимые и комплексные числа как нечто необычное. Эти числа представляют собой просто еще одну матрешку, созданную с практическими целями — решать задачи, которые иначе не решаются.

IV.

Утомительно все время писать -1, поэтому математики заменили эту величину буквой i. Поскольку i— квадратный корень из минус единицы, имеем i 2= -1. Умножая здесь обе части равенства на i, находим, что i 3= - i. Продолжая процесс, получаем i 4= 1.

А как обстоят дела с -2, -3, -4 и т.д.? Не понадобятся ли и для них отдельные обозначения? Нет. Согласно обычным правилам перемножения целых чисел, имеем -3 = -1x3. Поскольку xесть просто x 1/2, 7-е правило действий со степенями говорит нам, что (axb) = axb.(Например, (9x4) = 9x4 — довольно изысканный способ записи того факта, что 6 = 3x2.) Итак, -3 = -1x3. Далее, 3, понятно, — совершенно обычное вещественное число, имеющее значение 1,732050807568877…. Следовательно (с точностью до трех знаков после запятой), -3 = 1,732 i; в замкнутом виде это обычно записывают как i3. То же относится и к корню из любого другого отрицательного числа. Целой кучи новых чисел не требуется; достаточно одного только i.

Так вот, i— очень гордое число. Оно довольно надменно и не любит путаться с другими числами. Прибавим 3 к 4; в полученной семерке исчезло всякое воспоминание о «тройности» тройки, как, впрочем, и о «четверности» четверки; они растворились в «семерности» семерки. Напротив, если мы прибавим 3 к i, то получим… 3 + i. И такая же история с умножением. Когда мы умножаем 5 на 2, вся «пятерность» пятерки и «двойность» двойки проглатываются «десятностью» десятки, исчезая без следа. Но, умножая 5 на i, получаем… 5 i. Дело выглядит так, словно iникак не может расстаться со своей индивидуальностью; или, быть может, вещественные числа чувствуют, что iсделано из другого теста, чем они сами.

Итак, достаточно один раз впустить букву iв порядок вещей, как она породит целый новый класс чисел вида 2 + 5 i, -1 - i, 47,242 - 101,958 i, 2 + i— все возможные a + biс вообще любыми вещественными aи b. Они называются комплексными числами.Каждое комплексное число имеет две части: вещественную и мнимую. Вещественная часть комплексного числа a + bi —это a, а мнимая — это b.

Как и в случае с другими матрешками N, Z, Qи R, числа, принадлежащие к одной из внутренних матрешек, являются привилегированными комплексными числами. Натуральное число 257, например, есть комплексное число 257 + 0 i; вещественное число 7 есть комплексное число 7 + 0i. Вещественное число — это просто комплексное число с нулевой мнимой частью.

А как насчет комплексных чисел с нулевой вещественной частью? Они называются (чисто) мнимыми числами. Примеры чисто мнимых чисел: 2 i, -1479 i, i, 0,0000000577 i.

Чисто мнимое число можно, конечно, записать как полновесное комплексное число, если вы специально хотите такое сделать: 2 iможно записать как 0 + 2 i. При возведении чисто мнимого числа в квадрат получается отрицательное вещественное число. Заметим, что это верно и для отрицательных мнимых чисел: квадрат числа 2 iравен -4, но и квадрат -2 iтоже равен -4 по правилу знаков.

Сложение двух комплексных чисел — дело несложное. Надо просто складывать по отдельности вещественные части и отдельно мнимые части: сложение комплексных чисел -2 + 7 iи 5 + 12 iдаст 3 + 19 i. То же и с вычитанием: если в последнем примере вычитать, а не складывать, получим -7 - 5 i. Что касается умножения, надо только помнить правило раскрытия скобок, не забывая при этом, что i 2 = -1: так, (-2 + 7 i)x(5 + 12 i) дает -10 - 24 i + 35 i + 84 i 2, что сводится к -94 + 11 i. В общем случае (a + bi)x(c + di) = (ac - bd) + (bc + ad)i.

Деление основано на нехитром приеме. Что такое 2: i?. Ответ: запишем это в виде дроби, как 2/ i. Чудесное свойство дробей состоит в том, что одновременное умножение и числителя, и знаменателя на одно и то же число (не равное нулю) не изменяет дроби: 3/ 4, 6/ 8, 15/ 20и 12 000/ 16 000— это все разные способы записи одной и той же дроби. Итак, умножим числитель и знаменатель дроби 2/ iна - i. Умножение двойки на - iдаст, конечно, -2 i, а iумножить на - iесть - i 2, то есть -(-1), что равно 1. Следовательно, 2/ iравно -2 i/1, что есть просто -2 i.

Такое всегда можно сделать — превратить знаменатель дроби в вещественное число. А поскольку всем известно, как делить на вещественные числа, мы у цели. Как нам поделить два полновесных комплексных числа, скажем, (-7 - 4 i)/(-2 + 5 i)? Вот как: умножим числитель и знаменатель на -2 - 5 i. Давайте сначала выполним умножение сверху: (-7 - 4 i)x(-2 - 5 i) = -6 + 43 i. Теперь снизу: (-2 + 5 i)x(-2 - 5 i) = 29. Ответ: - 6/ 29+ 43/ 29 i. Знаменатель дроби (a + bi)/(c + di)всегда можно превратить в вещественное число, умножив ее на (c - di). Общее правило на самом деле имеет вид

А каков квадратный корень из i? Не потребуется ли нам ввести целый новый класс чисел, чтобы включить i? И все далее и далее до бесконечности? Ответ: перемножим скобки (1 + i)x(1 + i). Результат, как можно видеть, равен 2 i. Значит, квадратный корень из 2 iравен 1 + i. С поправкой на масштаб, квадратный корень из iдолжен быть равен 1/2 + i/2. Это число на самом деле им и является.

Поделиться:
Популярные книги

Теневой путь. Шаг в тень

Мазуров Дмитрий
1. Теневой путь
Фантастика:
фэнтези
6.71
рейтинг книги
Теневой путь. Шаг в тень

Тринадцатый VI

NikL
6. Видящий смерть
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Тринадцатый VI

Довлатов. Сонный лекарь

Голд Джон
1. Не вывожу
Фантастика:
альтернативная история
аниме
5.00
рейтинг книги
Довлатов. Сонный лекарь

Искатель 2

Шиленко Сергей
2. Валинор
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
рпг
5.00
рейтинг книги
Искатель 2

Неласковый отбор Золушки-2. Печать демонов

Волкова Светлана
2. Попала в сказку
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
7.29
рейтинг книги
Неласковый отбор Золушки-2. Печать демонов

Попытка возврата. Тетралогия

Конюшевский Владислав Николаевич
Попытка возврата
Фантастика:
альтернативная история
9.26
рейтинг книги
Попытка возврата. Тетралогия

Отверженный VIII: Шапка Мономаха

Опсокополос Алексис
8. Отверженный
Фантастика:
городское фэнтези
альтернативная история
аниме
5.00
рейтинг книги
Отверженный VIII: Шапка Мономаха

Мастер 9

Чащин Валерий
9. Мастер
Фантастика:
боевая фантастика
попаданцы
технофэнтези
аниме
фэнтези
5.00
рейтинг книги
Мастер 9

Первый среди равных. Книга VII

Бор Жорж
7. Первый среди Равных
Фантастика:
попаданцы
аниме
фэнтези
фантастика: прочее
5.00
рейтинг книги
Первый среди равных. Книга VII

Идеальный мир для Лекаря 5

Сапфир Олег
5. Лекарь
Фантастика:
фэнтези
юмористическая фантастика
аниме
5.00
рейтинг книги
Идеальный мир для Лекаря 5

Тайные поручения

Билик Дмитрий Александрович
6. Бедовый
Фантастика:
юмористическое фэнтези
городское фэнтези
мистика
5.00
рейтинг книги
Тайные поручения

Отмороженный

Гарцевич Евгений Александрович
1. Отмороженный
Фантастика:
боевая фантастика
рпг
5.00
рейтинг книги
Отмороженный

Вернуть невесту. Ловушка для попаданки 2

Ардова Алиса
2. Вернуть невесту
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
7.88
рейтинг книги
Вернуть невесту. Ловушка для попаданки 2

Ваше Сиятельство 10

Моури Эрли
10. Ваше Сиятельство
Фантастика:
боевая фантастика
технофэнтези
фэнтези
эпическая фантастика
5.00
рейтинг книги
Ваше Сиятельство 10