十、用字母表示数和“符号化”思想是怎样产生的?
当你开始学习代数时,有没有想过:“什么是代数?这个名称起源于何时?” “代数”这个词本身起源于9世纪的阿拉伯,大约在公元830年时,阿拉伯的数学家和天文学家阿里·花剌子模写了一本关于代数的著作,意思叫“整理和对比”,阿拉伯字“整理”翻译成拉丁文就变成Algebra,汉译名就叫代数.
“整理”可直译为“接骨”,也有人译为“复原”,意思是把负项移到方程的另一边,例如:x2-5=3写为x2=5+3才能恢复平衡;“对比”是把方程两边相同项消掉.代数的基础就是脱离了具体数字,在一般形态上,形式地加以考察的关于算术运算的学说.例如:“两个偶数的和一定是偶数”用
2a+2b=2(a+b)表示,就能说明这个规律.
由算术到代数,要用字母表示数
用字母表示数,是从算术进入代数的重要标志之一,是由个别到一般一个一个具体的、个别的数量.如果要表现一般性的、普遍性的数量及其相互关系,单凭这些具体数字就无能为力了,而要用字母符号来表示任何数和对于数的运算.这是具体数字的抽象化表现方法,因而也是数字的普遍性的概括.例如,为了说明加法交换律仅仅说3+2=2+3,是远远不够的,因为这只是举例,并没有说明普遍的、对任何数都适用的规律.为了解决这一问题,就要用a和b表示任何两个实数,形成代数式a+b=b+a,这才是普遍使用的加法交换律.总之,用数字表示数,只能表示具体问题中个别性的数量关系,而用字母表示数,形成代数式,才可以表示某一类问题的一般性的数量关系.
使用符号是数学上的一件大事,我们中学代数课本中所适用的字母符号的内容还只有400年历史,使用代数符号可分为三个阶段,第一阶段是文字叙述代数.以前很长一段时间,数学家们用文字叙述的方法研究问题,对问题的解,不用缩写字母和符号,而是写成一篇论说文,缺少文字符号系统.以后经过几百年,人们还把代数定义为解方程的科学,是文字叙述的代数,在数学家丢番都(公元三世纪人)之前都如此.第二阶段称为简化代数,即对某些经常出现的量和运算进行缩写,瑶都开始了简化.在除了印度以外的世界其他地方,尤其是西欧,一直到15世纪,第三阶段称为符号代数,这些符号和表现内容没什么明显联系,符号大多数代数学还是文字叙述的代数,代数直到16世纪才在西欧出现.代数的真正的进步是引用了较好的符号体系,这才使代数称为一门科学.
用符号表示未知量的乘幂经过一个缓慢的过程.韦达是第一个有意识地、系统地使用字母表示数,而且是表示一般系数的人.他用辅音字母表示已知量,用元音字母表示未知量,这样,代数就一下子称为研究一般类型的形式和方程的学问.后来,笛卡尔改进韦达的符号体系,他用字母表中前面的字母表示已知量,如a,b,c?;用后面的一些字母表示未知量,如x,y,z.
符号化思想的建立
用字母表示数就是一种符号化思想,比如交换律x+y=y+x中的x,y可以是任何两个数,这种符号化是“给定同类东西中的任何一个例子,比如5+3=3+5,从这个特例或那个特例抽象得来的.”
由算术到代数,学习用字母表示数和代数式时,要建立一种符号化思想,这是从算术到代数的重要转折,我们看下面一个问题:“棉田8公顷,每公顷施化肥20公斤,稻田12公顷,每公顷施化肥30公斤,一共需要化肥多少公斤?”这是一个极简单的算术题.如果把讨论对象从“个别”、“某个”转到“任何”、“一切”上来,可以变成一个代数题:“棉田m公顷,每公顷施化肥a公斤,稻田n公顷,每公顷施化肥b公斤,一共需要化肥多少公斤?”这问题中用字母表示数,这么一抽象,就可以把许许多多同类问题都表现出来,形成一个计算公式.
化肥总需求量=am+bn
代数的特征就是使用字母以及字母的表示式,对它们按照确定的法则进行变换,其结果只与运算法则有关,与字母所代表的数无关,我们应把代数看成关于字母计算、字母构成的公式的变换,以及关于解代数式方程的科学,它与算术的不同在于算术永远是对于具体数字的运算,这是大数学家韦达和欧拉在200年前的观点.18世纪末、19世纪初代数方程的解法逐渐被认为是代数的中心问题. 在近代,从上世纪后半期中,开始在力学、物理学以及数学本身,越来越频繁研究一些新的对象,如向量、矩阵、张量等,它们也是用字母表示的.但运算规律不同,近世代数仍是字母计算学,但已上
升到更高的形态了.
学习代数时,先要学习代数式的许多概念和公式、法则,要学习恒等变形,学习因式分解的方法等.学好这些知识必须培养字母代数抽象能力,学习符号化思想.
例.....................
解题分析:解这个题,要列代数式,甲每天完成整个工作的乙二人共同工作一天完成工作的
11,乙每天完成整个工作的,甲、ab1ab11. =+,全工程为1,则所求
11a+bab+ab在解题时,要用字母a,b来表示甲、乙工作所需天数,所求出的式子有一般性.