什么是“代数”?

什么是“代数”?什么是代数代数是什么 此题之大非不才能答 但以 代数 之名话之 以期窥见一斑 uploading image png uploading 目录 1 从 al jabr 到 algebra 2 从 algebra 到 代数 3 代的不光是 数 4 从数与数之异到 数 与 数 之同 5 从历史的代数到发展的代数参考文献 1 从 al j

什么是代数


1. 从“al-jabr”到”algebra”

一些回答提到,“代数”就是用字母代替数。实际上,“代数”这个词翻译自拉丁文algebra,algebra又源于阿拉伯语。

到了14世纪,“al-jabr”演变为”algebra”。之后,“wa’l-muqābala”逐渐被人忘记,而这门学科也就被简称为“algebra”。

由此可见,从词源的角度来说,“algebra”的本义是还原与对消,这门学科研究的是解方程的方法。

花拉子米的《还原与对消计算概要》有一个缺点:完全没有代数符号。一切算法都用文字语言来表达。这本重要的代数学著作却不具备“代数”的特征,今天看来也是有趣。

2. 从“algebra”到“代数”

虽然花拉子米的代数学没有使用符号,但在他之前已经有人将符号引入代数运算。希腊数学家丢番图(250年前后)在《算术》中采用了一套符号表示未知数,并发明了一种记法来写方程式。他使用的符号和记法跟今天有很大不同,但他是用符号表示未知数和方程式的先驱。法国数学家韦达在《分析引论》(1591)中第一次有意识地使用代数字母和符号。笛卡尔在《几何学》(1637)中以a、b、c、d……表示已知量,以x、y、z、w……表示未知量,改进了韦达的符号。至此,代数的符号体系已经比较接近今天我们看到的样子。

尽管贡献代数学名称的花拉子米不会使用符号,用符号代替数还是代数的基本特征。

第一个用“代数”指称这一学科的是英国人Wylie。1847年,他到上海学习中文,后来用汉语写了一本《数学启蒙》(1853),介绍西方的数学。序中说:“有代数、微分诸书在,余将续梓之。”

1859年,清代数学家李善兰和Wylie合译英国德·摩根的《Elements of Algebra》(1835),定名《代数学》。“代数”从此成为这门学科的正式中文名称。

1873年,华蘅芳和英国人Fryer合译英国Wallis的《代数术》,卷首有“代数之法,无论何数,皆可任以何记号代之”。这解释了“代数”之名的由来:用符号代替数。

3. 代的不光是数

初中数学中,用字母表示数是从算术到代数的第一次飞跃。到了高中我们发现,字母不光能表示数,还能表示平面向量!

如果只是能用字母表示,倒没有什么稀奇。毕竟我们早就在平面几何中用字母表示点和直线了。稀奇的是,这货不光能用字母表示,还能进行加、减、数乘和点乘的运算。这些运算和实数的运算似乎有相同的地方,似乎又有些不同。

再往后,我们在立体几何中学习了空间向量。这一点都不奇怪。我们继续沿用平面向量中学到的规则,熟练地对它们做加、减、数乘和点乘运算。

尽管在中学数学中向量是以几何形式引进的,然而当你的眼睛离开图形盯着代数式,开始对它们加加减减时,它就已经属于代数了。代数,代的不光是数。

4. 从数与数之异到“数”与“数”之同

现在把目光集中在数上。从自然数到整数,再到有理数,每一次数系的扩充都伴随着一种运算能力的解放。从自然数到整数,减法不再受限制;从整数到有理数,除法不再受限制。(从有理数到实数有点复杂,扩展的不是简单的加减乘除运算,属于分析领域了)

数与数的不同,不单纯表现在元素的区别,还表现在其中不受限制之运算的区别。

回头看向量。学会平面向量的代数运算后,空间向量的代数运算没有任何困难,因为它们完全遵循相同的规则。进一步,当我们只考虑加法、减法和数乘运算时,对向量进行代数运算并不需要额外学习,因为它们和以前学过的运算也遵循相同的规则!

为了说得更清楚,我举一个例子。[公式]
如果不加说明,谁能分清这里的a、b表示的是实数、平面向量还是空间向量?

因为实数、平面向量和空间向量三者的运算规则相同,都遵循加法的交换律、结合律,以及数乘对加法的分配律。上面的每一步运算都没有违背规则。所以,这里的a、b既可以是实数,也可以是平面向量,还可以是空间向量。于是,学会三者之中任意一种的运算,也就学会了另外两种。

既然如此,运算对象具体是什么已经不重要了。重要的是能对它做什么运算,以及这些运算遵循什么运算律。这时,代数所代之“数”就不是狭义的数,而是具有某些运算并满足某些运算律的一些对象了。

5. 从历史的代数到发展的代数

“Algebra”的本义是还原与对消,引申为方程术。从历史来看,代数学是对得起这个名称的。直到19世纪初,研究代数方程的解法仍是代数学的全部内容。

19世纪,对五次和五次以上代数方程一般解的研究引入了群和域的概念。群和域都是具有某些运算并满足某些运算律的对象集合。自此,代数学的研究不再局限于代数方程,更多地把眼光放在了各种抽象对象的运算关系上。

“代数”义为用符号代替数,本质上是一个抽象过程:从具体的、确定的数到抽象的、未定的数。这是第一步抽象。当我们把注意力集中于所研究对象的运算和运算律,而忽略所代之“数”的具体类别时,完成了进一步的抽象。

19世纪中叶的Wylie和李善兰在敲定《代数学》之名时恐怕没有想到,代表方程术的“algebra”其时正在化蛹,代表抽象的“代数”如今已然成蝶。21世纪初的我们在思考代数是什么时,恐怕也难以想见未来的代数学会迎来怎样的新生。

参考文献 \[1\]李文林. 数学史教程\[M\]. 高等教育出版社,施普林格出版社,2002 \[2\]梁宗巨. 世界数学史简编\[M\]. 辽宁人民出版社,1980 

参考:https://www.zhihu.com/question/

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