《趣味數學》真有趣,像講故事一樣,娓娓道來。
第一個問題,數學是什麼?
,羅素在他所做的《數理哲學》提出的定義,真是叫人莫名其妙,好,這樣的定義,像在開玩笑一樣,他說。他說的話粗略的翻譯出來就是,它說「數學」是這樣一回事,研究他這種玩意兒的人也不知道自己究竟在在幹些什麼。這樣的定義他的惝恍迷離,他的神奇莫測,真是不說還明白,一說反糊塗,然而要將已經發展到現在的數學的領域統括的完全,要將它繁複、燦爛的內容表達的活躍,好像除了這樣也沒有別的更好的話可說了。對於一般的數學讀者,這定義恐怕反而是大家墜入五裡霧中,因此撥雲霧見青天的工作是似乎少不了,羅素所所下的定義,它的價值在什麼地方呢?它所指示的是什麼呢?要回答這些問題,還是要用數學的其他定義來相比較更容易明白。
羅素的定義果真是開玩笑嗎?我是很願意接受羅素的定義的,為了要將他說的明白些,也就是要將數學的定義性質說得明白些,我想這樣說,數學只是一種符號的遊戲,假如有人覺得這樣太輕佻了一點兒,嚴嚴正正的科學,怎麼能說他是遊戲呢?那麼這般也可以,數學是使用符號來研究關係的科學,對於數學這種東西讀者大都有過這樣的疑問,這有什麼意思呢?這有什麼用呢?本來他不過讓你知道一些關係,以及從某種關係中推演出別的關係來,而關係的表出大部分又只靠著符號,這自然不能具體的給出什麼用場和意義了,為了解釋明白上面題的定義,我想從數學中舉些例子來講,更方便些
一開頭我們就看。2+3=5這個式子中。什麼叫2?什麼叫3?什麼叫5?這實在不容易回答,他們都是數,數是抽象的,不是嗎?我們能夠拿出兩個銅板,兩個支鉛筆,兩張紙,給人家看,但是我們卻拿不出「2」來,也拿不出「3」和「5」來,就像什麼是1,我們說一個銅板,一支鉛筆,一個蘋果,一個橘子,一個這樣,一個那樣,這些的共相,從這些東西我們認識出這共相,要自己保存,又要傳給別人,不得不給他起一個稱呼,於是就叫他做1,兩支鉛筆,兩個蘋果,兩個橘子,這些東西我們認識出這共相,給他們起個名字叫2,例如自己的名字,倘若你要問我,你為什麼叫這個名字?我也回答不上來,我只能說這只是一個符號,有了它方便你們稱呼,我讓你們在茶餘飯後要和朋友談論我,批評我時,說起來方便些,所以我的名字就是我的符號,同樣的「一」就是一個銅板,一支鉛筆,一個蘋果等等這些東西的共相的符號。
這麼一說,自然2,3和5也一樣,只是符號,至於加和等於在根源上要說他們只是符號一樣也可以,不過從表面上說,他們只是只表示一種關係,所謂2+3表示2和3這兩個符號在這裡的關係是相合,所謂等於是表示在他前後的兩件東西。在量上相同,所以歸根結底2+3=5隻是三個符號和兩個關係的連綴,單只是這單只這麼一個例子,似乎還不能說明白。
再舉別的例子吧,假定你是將代數學完了的,我們就可以從數的範圍逐漸擴大來說明,在算數裡我們用的是只是1234等等這些數,最初跨進單數的門檻,遇到a,b,c,x,y,z,總有些不習慣.你對2+5=7並不驚奇,並不懷疑,對於兩個加上五個等於七個也不驚奇,也不懷疑,但對於2a+5a=7a,你卻怔住了。常常覺得不安心,不知道你在幹什麼,
其實呢,2a加5a=7a和2+5=7,對於你的習慣來說,後者不過更像符號而已,有了這樣一個使用符號的進步,許多關係來得更簡單,更普遍不是嗎?若是將2a+5a=7a具體化,認為a只是一個狗的符號,那麼這關系所表示的便是兩隻。兩隻狗碰到了5隻狗,成為7隻狗,若a是一個蘋果的符號,那麼這關系所表示的便是2個蘋果加上5個蘋果總共成7個蘋果。於是這樣輕而一舉就擴展到了代數了。有趣吧
在調轉一個方向來看算術中除法常有出不進的時候,比如2÷3,遇見這樣的場合我們便有幾種方法表示,(1)2÷3=0.66 7弱,(2)2÷3=0.6……2,(3)2÷3=0.6循環點,(4)2÷3=2/3.
第1種只是一個近似的表示法,第2種表示的是正確,但用起來很不方便,第3種是循環小數,關於循環小數的計算,那苦頭你總嘗到過,第3種是分數,2/3.是什麼?你已知道就是3除2的意思,對了,只是「意思」畢竟沒有除,這和3除6得2的意味中是不同的,所謂意思便是符號,因為除法有除不盡的時候,所以我們使用「分數」這種符號,有了這種符號,於是我們就可以推敲出分數中的各種關係。在算術裡你知道5-3=2,但要碰到3減5你就沒有辦法,只好說一句。「不能夠減」「不能夠」這是什麼意思啊?我替你解釋便是沒有辦法表示這個關係,但是到了代數裡面為了探究一些更普遍的關係,不能不想一個方法來突破這個困難,於是有些人便這樣想3-5為什麼不能夠呢?他們異口同聲地回答因為還差2的緣故,這一回答,關係就成立了,從3-5差2,在這個當兒又用一個符號-2來表示差2,於是這關係就成為3-5=-2這樣一來真是好,有了負數,我們一則可探討它自身所包含的一些關係,二則可以將我們已得到的一些關係普遍化。
這些符號的使用是代數所給的便利,學過代數的人都已經知道了,我也不用再說了,有整數到分數,有正整數到負數,有乘方到使用指數,我們就可以看出許多符號的創立和許多關係的產生,繁殖,要將乘方還原,用的是開方,開方常常會碰釘子,會開不出來,因此就有了無理數,總結這些例子來看,除了使用符號和發現關係以外,數學實在沒有什麼別的花頭,倘若你學過平面三角,那麼我相信你更容易承認這句話。所謂平面三角不就是只靠幾個什么正弦、餘弦這類的符號來表示幾個比,然後去研究這些比的關係和三角形中的其他關係嗎?
我說數學是使用符號來研究關係的,科學你應該不至於再懷疑了吧,在數學中你會碰到一些實際的問題要你計算,比如三個十兩5錢總共多少斤?但這只是我們所得的關係的具體化,換句話說不過是一種應用,也許你還有一個疑問,數學中的公式和定理固然只是一些關係的表現形式,
但像定義那類的東西又是什麼呢?我的回答是這樣,那只是符號的規定,」到一個定點距離相等的一個完整的曲線叫圓」,這是一個定義,但也只是「圓」這個符號的規定,正正經經的說數學知識這麼一回事,但我仍然高興的說它是符號的遊戲,
所謂遊戲自然不是開玩笑的意思,兩個要好的朋友拿著球拍在球場上打網球並沒有什麼爭勝的要求,然而。興致淋漓,不忍釋手。在這時他們得到一種滿足,這就是他們忘卻一切的原因,這叫遊戲,小孩子獨自拿著兩塊石子兒在地上造房子,儘管滿頭大汗、氣喘不止,但仍然拼盡全身力氣去做,這是遊戲,至於為銀盾而賽球,為錦標而練習賽跑,這便不是遊戲了,還有為了排遣寂寞,約幾個人打麻將、喝老酒,這也算不來遊戲。
就在這意味上,我說「數學是符號的遊戲」,自然從這遊戲中可有些收穫,發現一些可以供人使用的關係,但符號使用的越多,所得的關係越不容易具體化,踏到數學的領域的後部,真的,你只見到符號和關係,這些符號、哪些關係要你說個明白,就是馬馬虎虎的說,你也無從下手。
到了這一步好了,羅素便說:數學是這樣一回事,研究他這個玩意兒的人,也不知道自己究竟在幹些什麼。
這樣不知不覺中,數的範圍從整數,分數,正數,負數的範圍就擴展到了有理數範圍,順便進入了代數,講的很好玩呦!