(5+-15)+(5--15)=10,
(5+-15)×(5--15)=40,
這兩個怪東西正好是題目要求的數!
從這個意義上說,這兩個怪東西應該是一種數。可是,這是一種什麼樣的數呢?卡當沒有弄清楚,17世紀的數學家們,也沒有弄清楚。他們覺得這種數不像其他的數那樣“實在”,有一種虛無縹緲的味道,於是就起了個名字叫“虛數”。
盡管虛數有了數的名稱,許多數學家仍然拒絕承認它。例如大數學家牛頓就曾嚴厲指責虛數缺乏“實在”的物理意義。大數學家萊布尼茲更有趣,他說:虛數是“理想世界的奇異創造”,是一個“介於存在與不存在之間的兩棲物”。
18世紀下半葉,大數學家歐拉最先用i這個記號來表示虛數單位,例如,-1可以記作i,-15可以記作15i。但是,歐拉也沒有弄清虛數到底是個什麼東西。他說:“一切形如-1、-2的數學式,都是不可能有的、想象的數,……它們既不是什麼都是,也不比什麼都不是多些什麼,更不比什麼都不是少些什麼。它們純屬虛構。”
其實,虛數並不是虛構的數,其中的秘密,數學家們直到19世紀才弄清楚。有人用平麵上的點來表示虛數,對虛數的性質作出了合理的解釋,虛數也就逐漸為大家所接受。在現在高中課本裏,對虛數的性質作了詳細的敘述,到時候,讀者們自會去做一番探幽攬勝的巡遊,這裏就不多加介紹了。
需要指出的是,有了虛數之後,整個數係也就完備了。除了0不能作分母以外,任何兩個數都可以相加、相減、相乘、相除,以及乘方和開方了。
度天下之方圓
有一個氣魄宏偉的動人故事,叫大禹治水。
故事發生在遙遠的公元前21世紀,那時,我國的黃河流域經常“洪水滔天”。洪水吞沒田園,衝毀房舍,使人們流離失所。於是,各個部落的人們團結起來,與大自然展開了一場艱苦卓絕的鬥爭。
起初,這場鬥爭由大禹的父親鯀來指揮。鯀一心想把事情辦好,但采用的方法不對,他一味強調,“水來土掩”,哪裏有洪水就派人到哪裏去堵,結果越堵水患越嚴重。
鯀治水失敗後,大禹挺身而出,擔負起領導治水的重任。他認為要製服水患,就必須因勢利導,根據河流的走勢宣泄水流。為了規劃出一套正確的治水方案,大禹不辭辛勞地跋山涉水,實地勘察山川形勢。他三過家門而不入,領導人們開山劈嶺,疏浚河道,廣修溝渠,奮戰12年,終於“開九州,通九道”,製服了水患,譜寫了一曲人定勝天的凱歌。
不具備相當的數學知識,就很難完成這項規模巨大的工程。所以,史書在記載大禹治水的動人事跡時,都沒有忘記加上一句,大禹“左準繩,右規矩”。意思是大禹隨身攜帶著規、矩這兩樣測量工具。
規矩是什麼樣的奇妙工具?竟能用來“望山川之形,定高下之勢”,在改造大自然的鬥爭中大建奇功?
在山東省嘉祥縣一座古代建築的石室造像中,依稀可見規矩的模樣。圖中有兩位古代神話中我們遠古祖先的形象,一位叫伏羲,一位叫女媧。伏羲手中的物體就是規,它呈兩腳狀,與現在的圓規相似;女媧手中的物體叫做矩,它呈直角拐尺形。
原來,規就是畫圓用的圓規,矩就是折成直角的曲尺。矩由長短兩把尺合成,短尺叫勾,長尺叫股,可以用來畫直線或者作直角。
公元前11世紀,有位叫商高的古代數學家,曾詳細介紹了用矩的方法。他說:
“把矩平放在地上,可以定出繩子的垂直;把矩豎立起來,可以測量物體的高度;把矩倒立過來,可以測量物體的深度;把矩平臥在地上,可以測量兩地之間的距離。矩旋轉一周,就形成了一個圓形,兩個矩合攏起來,就形成了一個方形。
“知天文識地理的人是很有學問的,而這種學問就來自勾股測量,勾股測量又依賴於矩的應用。矩與數結合起來,就可以設計和製作天下的萬物。”
瞧,矩的用途是多麼廣泛和靈活,我們的祖先又將它運用得多麼出神入化啊。
規矩究竟發明於何時,已經很難考察了,但它們起源於極遙遠的古代,卻是毋庸置疑的。在我國最早的文字甲骨文中,已有了規、矩這兩個字,其中的規字,就很像手執圓規畫圓的樣子。到了春秋戰國時期,書中關於規矩的論述更是多得不勝枚舉。墨子說過:造車的工匠“執其規矩,以度天下之方圓”;孟子說過:即使是離婁那樣眼光銳利的人,即使是魯班那樣心靈手巧的工匠,“不以規矩,不能成方圓”。可見至少從那時起,規與矩的應用在我國民間已經很普遍了。
測算地球周長
公元前3世紀,有位古希臘數學家叫埃拉托斯芬。他才智高超,多才多藝,在天文、地理、機械、曆史和哲學等領域裏,也都有很精湛的造詣,甚至還是一位不錯的詩人和出色的運動員。
人們公認埃拉托斯芬是一個罕見的奇才,稱讚他在當時所有的知識領域都有重要貢獻,但又認為,他在任何一個領域裏都不是最傑出的,總是排在第二位,於是送他一個外號“貝塔”。意思是第二號。