数为什么要不断地扩充 (为什么数的范围要继续扩大)

数学是一个不断发展、但又追求完美的一个学科。发展本身就是一个由简到繁的过程,在这个过程中,难免会遇到一些问题形成阻碍,有时候需要开辟新的领域才能克服阻碍、继续前景。

数学中数的概念也是在不断发展的。

数为什么要不断地扩充,为什么数的范围要继续扩大

最初接触的数,是零和正整数,用来表示物体的个数。零和正整数的局限性很明显,一个苹果我可以用1表示,我切成一半怎么办?

于是分数概念就出现了,1/2就可以表示半个。同时,所有分数也可以用小数来表示(有限位数小数或无限循环小数)。

现在再来考虑一个算式1-2=多少?在正数范围内,算不出来吧。为了让这种算式有意义,于是出现了负数给概念。

能用分数表示的数我们把它为有理数(包含正、负有理数和0)。

再来考虑一个方程

数为什么要不断地扩充,为什么数的范围要继续扩大

x是多少,它是有理数吗?它可以用分数表示吗?很遗憾,它不能用分数表示。

圆周率π(圆的周长与半径的比值),它也不能用分数表示。

分数用小数表示时,是有限位数小数和无限循环小数的形式,那么无限不循环小数就无法写成分数形式了,例如0.101001000100001...,根号2和π也属于无限不循环小数。

为了能够解释这类无法用分数表示的数字,于是提出了无理数的概念,将数的范围由有理数扩展到了实数范围(包括有理数和无理数)。

然后问题又出现了

数为什么要不断地扩充,为什么数的范围要继续扩大

这个方程能解出来吗,乍一看,这个方程没意义啊。但是它确实在数学发展上形成了阻碍,为了使数学理论完善,看起来更加完美。于是出现了虚数的概念,即虚数i的平方为-1。利用虚数的概念,所有一元二次方程都是有解的。于是数的范围从实数扩展到了复数(a+bi的形式)。

事实上,复数概念出来以后,许多实数范围内难以解决的问题,都有了解决方法。数学上任何概念都不是凭空虚构出来的,都是为了解决问题、顺应发展潮流而提出来的。