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無理數是如何被發現的?

我們都知道,實數包括有理數和無理數,在日常生活中,接觸到的多為有理數,有理數極多,密密麻麻地排布在數軸上,即便如此,無理數還見縫插針地往裡塞,這在數學中稱為「稠密性」,即任意兩個不相等的實數之間,不管挨得多近,總有另一個實數賴在中間不走。那麼,聰明的古人是怎麼發現無理數存在的呢?

這和勾股定理有著莫大的關係,我們都知道,在直角三角形中,直角邊a、b和斜邊c滿足:a2+b2=c2,其中蘊含著平方和開方運算,這樣必然會出現對整數開方不盡的情況,約在4000多年以前,美索不達米亞人在計算邊長為1的正方形的對角線長時,發現了無理數√2的存在,雖然沒有給出嚴格定義,但擅長計算的他們採用遞歸法找到了一個無限接近√2的有理數,人們在楔形文字泥板中精確到小數點後1000000位。

發現無理數,這得歸功於古希臘數學家、哲學家畢達哥拉斯的弟子——希帕索斯。也是在求正方形的對角線時,希帕索斯發起了愁,這到底是個什麼數?根據老師所講,「萬數皆數」,「1是所有數的生成元」,「宇宙的一切都歸結於整數和整數之比」,既然能用合適的整數來表示對角線,那麼,能否用兩個整數比來描述呢?希帕索斯花了很長時間,仍是一無所獲。

緊接著,希帕索斯利用畢達哥拉斯學派常用的方法——反證法,證明出了這個數字無法表示為兩個整數之比:假設數為a=q/p,假設q、p是化為最簡分數比後的整數,即q、p互素,根據勾股定理,12+22=a2=(q/p)2,化簡為2p2=q2,從這個算式可以看出,q2是偶數,那麼q也是偶數,q、p互素,所以p肯定是奇數;

如果q是偶數,則可以表示為q=2b(b是自然數),帶入2p2=q2中,得p2=2b2,那麼,p2是偶數,p也一定時偶數,與上段結論矛盾。於是,√2不能表示成兩個整數之比,那麼,這到底是什麼呢?除了整數和整數比(即分數)外,世上還有別的數嗎?帶著疑問,希帕索斯找到了老師畢達哥拉斯,誰知,看到推到推翻了「萬物皆數」的觀點後,畢達哥拉斯沒有「江山代有才人出「的自豪,反而非常驚慌,擔心學生的發現會動搖學派的根基,便將希帕索斯囚禁起來,最終殘忍地將他丟進大海,這是數學史上的一個悲劇。

但是,秘密並沒有被隱藏很久,人們最終還是知道了這些數的存在。15世紀時,著名畫家達·芬奇稱之為」無理的數「。17世紀時,德國天文學家開普勒稱之為」不可名狀的數「,畢達哥拉斯學派的」無理「之舉,奪去了希帕索斯的生命,為了紀念這位為真理獻身的學者,人們把這種」不可公度比「的數稱為」無理數「,而像√2這種記法,最開始是由數學家笛卡爾提出的,沿用至今。

無理數的被發現看似攻破了畢達哥拉斯派的理論基石,其實非也,只是當時的知識體系並沒有現在這般完整,在現代實數理論中,無理數可定義為有理數的極限,如此看來,」萬數皆整數「的思想沒什麼不對,這是畢達哥拉斯這位數學大師沒有料到的,不知他老人家如果地下有知,有沒有後悔過,抹殺真理,迫害自己的弟子呢?


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