虛數
“虛數”這個名詞,聽起來好像“虛”,實際上卻非常“實”。
虛數是在解方程時產生的。求解方程時,常常需要將數開平方。如果被開方數不是負數,可以算出要求的根;如果是負數怎麼辦呢?
譬如,方程x2+1=0,則x2=-1,x=±-1。那麼-1有沒有意義呢?在很久之前,大多數數學家認為負數沒有平方根。到了16世紀中葉,意大利數學家卡爾丹發表了《大法》這一數學著作,介紹了三次方程的求根公式。他不僅討論了正根和負根,還討論了虛數根。如解x3-15x+4=0這一方程時,依據他的求根公式,會得到:
x=-2+-121其中-121就是負數的平方根。卡爾丹寫出了負數的平方根,但他認為這也僅僅是形式表式表示而已。說明他對負數平方根的性質並不了解。1637年,法國數學家笛卡爾開始用“實數”、“虛數”兩個名詞。1777年,瑞士數學家歐拉開始用符號i=-1表示虛數的單位。而後人將實和虛數結合起來,寫成a+bi形式(a、b為實數),稱為複數。
由於虛數闖進數學領域時,人們對它的實際用處一無所知,在實際生活中似乎也沒有用複數來表達的量,因此,在很長一段時間裏,人們對虛數產生了種種懷疑和誤解。笛卡爾稱“虛數”的本意是指它是虛假的;萊布尼茲在公元18世紀初則認為:“虛數是美妙而奇異的神秘隱蔽所,它幾乎是既存在又不存在的兩棲物”。歐拉盡管在許多地方用了虛數,但又說一切形如-1、-2的數學式都是不可能有的,純屬虛幻的。
歐拉之後,挪威一個測量學家維塞爾,提出把複數a+bi用平麵上的點(a,b)來表示。後來,高斯提出了複平麵的概念,終於使複數有了立足之地,也為複數的應用開辟了道路。現在,複數一般用來表示向量(有方向的數量),這在水力學、地圖學、航空學中的應用是十分廣泛的。虛數越來越顯示出其豐富的內容,真是:虛數不虛!