Pytanie:
Jaka była motywacja Eulera do wprowadzenia $ i $ za $ \ sqrt {-1} $?
Michael Weiss
2014-11-23 00:09:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

[Mauro Allegranza odpowiedział na pytanie, kto wprowadził notację $ i $ (Euler, a następnie Gauss), więc zmieniłem tytuł. Zredagowałem również pytanie w inny sposób, aby było jaśniejsze, o co pytam.]

Typowy fragment matematycznego folkloru stwierdza, że ​​ $ i $ span > został wprowadzony w celu ochrony przed błędem $ 1 = \ sqrt {(- 1) (- 1)} = \ sqrt {-1} \ sqrt {-1} = - 1 $ . (Zobacz na przykład to pytanie i ten fragment z Wikipedii. Zwróć uwagę na [ potrzebne cytowanie ] we wpisie Wikipedii.)

Wydaje się to wiarygodne dla współczesnych matematyków ze względu na pracę matematyków XIX wieku, zwłaszcza Riemanna. Nie możemy zdefiniować (jednowartościowej) funkcji pierwiastka kwadratowego w całej złożonej płaszczyźnie spełniającej tożsamość $ \ sqrt {xy} = \ sqrt {x} \ sqrt {y} $ . (Rzeczywiście, powyższy błąd, przekształcenie, dowodzi tego.) Więc naturalnie jesteśmy podejrzliwi wobec wyrażenia $ \ sqrt {-1} $ używanego do definiowania wartości. O który pierwiastek kwadratowy chodzi, $ \ pm i $ ?

Jednak współczesna wrażliwość nie jest wiarygodnym przewodnikiem po myślach matematyków XVIII wieku. Spróbuję rzucić nieco wątpliwości na poniższe wyjaśnienie „chroniące przed błędami”, ale najpierw pozwól mi wyjaśnić moje pytanie. Alternatywną hipotezą jest to, że Euler po prostu wprowadził symbol $ i $ dla zwięzłości. Być może czuł, że ta fundamentalna stała zasługuje na standardową nazwę, tak jak wprowadził $ e $ jako podstawę logarytmów naturalnych. Czy istnieją dowody z dokumentów , które pozwolą zdecydować między tymi hipotezami? (Na przykład, jeśli Euler umieścił dyskusję na temat powyższego błędu w bliskim sąsiedztwie wprowadzenia $ i $ , byłby to dowód na hipotezę "ochrony przed błędami". )

Szperałem w Internecie, szukając ostatecznej odpowiedzi. Przeszukiwanie math.stackexchange ze znacznikami [historia-matematyki] [liczby zespolone] nie dało nic użytecznego. Funkcja „Pełny tekst Google” zastosowana do książki Paula J. Nahina An Imaginary Tale: The Story of $ i $ (z kluczem „ notation ”) również nie odpowiedział na pytanie.

Moje powody kwestionowania folkloru: Po pierwsze, zauważ, że wprowadzenie $ i $ nie wyklucza jednoznacznie błąd, który można przepisać $ 1 = \ sqrt {(- 1) (- 1)} = i \ cdot i = -1 $ . Ściśle powiązanym argumentem jest to, że notacja $ \ sqrt {-1} $ jest z natury niejednoznaczna. Jednak definicja notacji „Użyjemy $ \ sqrt {-1} $ do oznaczenia jednego z dwóch pierwiastków kwadratowych z -1 $ ”nie jest bardziej niejednoznaczne niż„ Użyjemy $ i $ do oznaczenia jednego z dwóch pierwiastków kwadratowych z $ - 1 $ ". Błąd polega na nieograniczonym używaniu $ \ sqrt {xy} = \ sqrt {x} \ sqrt {y} $ , a nie w używaniu $ \ sqrt {-1} $ to (dowolnie wybrany) pierwiastek kwadratowy z $ - 1 $ .

Istnieje również historyczny powód, aby kwestionować hipotezę „ochrony przed błędami”. W XVIII wieku nacisk na funkcje jednowartościowe był znacznie mniejszy. Z artykułu w Wikipedii Historia koncepcji funkcji:

Definicja Eulera brzmi:

Funkcja wielkości zmiennej jest wyrażenie analityczne złożone w jakikolwiek sposób ze zmiennej ilości i liczb lub wielkości stałych.

Euler dopuszczał również funkcje wielowartościowe, których wartości są określone przez niejawne równanie.

cytat blokowy>

Później Euler podał inną definicję, chociaż najwyraźniej miała to być uogólnieniem jego poprzedniej definicji. Rozwiązanie problemów z funkcjami jednowartościowymi i wielowartościowymi było w dużej mierze zadaniem XIX wieku, a Dirichlet i Riemann odgrywali wiodące role.

Teraz $ \ sqrt {xy} = \ sqrt {x} \ sqrt {z} $ jest w porządku jako równanie między funkcjami wielowartościowymi: po prostu mówi, że zbiór wartości po lewej jest równy zestawowi wartości po prawej stronie (biorąc pod uwagę oczywistą definicję iloczynu dwóch zbiorów wartości). Nieokiełznane stosowanie równań wielowartościowych ma swoje pułapki, ale wydaje się, że problem ten dotyczy raczej XIX wieku.

Znaczna część prac Eulera była bardziej „skoncentrowana na formułach” niż jesteśmy do tego przyzwyczajeni. Dobrze znane są jego swobodne obliczenia z nieskończonymi seriami. Chociaż były one (w większości) ostatecznie uzasadnione, standardy rygoru Eulera nie były nasze.

Z tych powodów uważam, że argument o „ochronie błędów” jest równie wiarygodny jak argument „zwięzłości”. Czy istnieją współczesne dowody historyczne, które pomogłyby w rozstrzygnięciu tego pytania?

Notacja $ \ sqrt {a} $ jest niejednoznaczna, gdy mówimy o liczbach zespolonych, ponieważ równanie $ x ^ 2 = a $ ma dwa pierwiastki i nie ma sposobu, aby wybrać jeden konsekwentnie (czyli w sposób ciągły). A formuły takie jak napisałeś nie mają sensu, chyba że za każdym razem określisz, która z dwóch wartości $ \ sqrt {} $ jest używana.
Jest to istotne, ponieważ pytasz również DLACZEGO wprowadzono notację $ i $. Powiedziałem ci dlaczego.
A może spróbujesz lepiej wyjaśnić, co oznacza „dlaczego”? Powtarzasz to „dlaczego”, odpowiadam i mówisz, że to nieistotne :-)
niestety, twoje dodatkowe wyjaśnienie tylko zaciemnia sprawę. $ i $ to liczba, a nie funkcja.
Jeden odpowiedź:
Mauro ALLEGRANZA
2014-11-23 00:52:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Według Floriana Cajoriego, A History of Mathematical Notations (1928 - przedruk Dover), tom II, str. 128:

498 . To Euler jako pierwszy użył litery $ i $ dla $ \ sqrt -1 $. Podał go w pamiętniku przedstawionym w 1777 r. Akademii w Petersburgu i zatytułowanym „De formis diffentibus etc.”, ale ukazało się ono dopiero w 1794 r. Po śmierci Eulera. [ przypis : Artykuł został opublikowany w jego Institutiones calci integralis (wyd. 2), t. IV (St.Petersburg, 1794), s. 184. Zobacz W.W. Beman w Bull.Amer.Math.Soc. , Vol. IV (1897-98), s. 274. Zobacz także Encyclopédie des scien. matematyka ., Tom. I, tom. I (1904), s. 343, przyp. 60.]

O ile obecnie wiadomo, symbol $ i $ oznaczający $ \ sqrt -1 $ nie pojawił się ponownie w druku przez siedem lat, aż do 1801 roku. W tamtym roku Gauss [ przypis : KFGauss, Disquisitiones arithmeticae (Lipsk, 1801), nr 337; przetłumaczone przez A. Ch. M. Poullet-Delisle, Recherches arithmétiques (Paryż, 1807); Gauss, Werke , t. I (Gottingen, 1870), s. 414] zaczął go systematycznie wykorzystywać; za przykładem Gaussa poszedł w 1808 roku Kramp. [C.Kramp, Eléments d'arithmétique universelle (Kolonia, 1808), „Notations.”]

Patrz strona 129:

499 . [...] w 1847 r. Cauchy zaczął używać $ i $ we wspomnieniach o nowej teorii imaginaries [ przypis : A.L.Cauchy, Reports , Vol. XXIV (1847), s. 1120 = ( Dzieła kompletne (seria 1), t. X, s. 313, 317, 318.], gdzie mówi o „.., symbolicznym znaku $ \ sqrt -1 $, dla którego niemieccy geometry zastępują literę $ i $ "i kontynuuje:" Ale jest oczywiste, że teoria wyobrażeń [podkreślenie dodane] stałaby się znacznie jaśniejsza i dużo łatwiejsza uchwycić, że można go umieścić w zasięgu wszystkich inteligencji, jeśli uda się zredukować wyimaginowane wyrażenia i samą literę $ i $, tak aby była tylko rzeczywistymi ilościami. " w tym pamiętniku litera $ i $ jako litera symboliczna , podstawiona za zmienną $ x $ w rozważanych wzorach, uzyskuje wyimaginowane równanie , w którym litera symboliczna $ i $ należy traktować jako liczbę rzeczywistą, ale nieokreśloną.

Patrz strona 130:

501 . Komentarz De Morgana na temat $ \ sqrt -1 $. Wielka rola, jaką $ \ sqrt -1 $ odegrała w e wolucja teorii algebraicznej jest ewidentna ze stwierdzeń Morgana Augusta. W 1849 r. Mówił o „wprowadzeniu niewyjaśnionego symbolu [podkreślenie dodane] $ \ sqrt -1 $” [ przypis : Augustus de Morgan, Trigonometry and Podwójna algebra (Londyn, 1849), s. 41] i mówi: „Użycie, które należało nazwać eksperymentalnym , symbolu $ \ sqrt -1 $ pod nazwą niemożliwa ilość, pokazała to; jak to się stało, zrozumiałe wyniki eksperymentu (kiedy takie rzeczy miały miejsce) były zawsze prawdziwe i dające się wykazać w inny sposób. Teraz spróbuję nowych eksperymentów. "


Komentarze

Wydaje się, że problem w Cauchy'ego wygląda tak: mamy tutaj „nazwę” ($ i $) dla „niemożliwej” ilości, czyli dla czegoś, co nie może istnieć. To jest - jak sądzę - kontekst troski Cauchy'ego: znaleźć „odniesienie”, które musi być jakąś „rzeczywistą” ilością dla wyrażenia symbolicznego .

Widzimy w tym poście kilka odniesień do matematycznych prac Kartezjusza:

„niektóre pierwiastki nazywa„ prawdą ”, niektóre„ ukryte ”(to znaczy mniej niż nic), i jakieś „wyimaginowane” (to znaczy w ogóle niewyjaśnione) ”.

Odnośnie Eulera i korzyści z„ dobrej ”symboliki, patrz L.Euler, Elements of Algebra (1765; angielskie tłumaczenie Johna Hewletta: 1822) §148-149 , strona 43: "as $ \ sqrt a $ pomnożone przez $ \ sqrt b $ daje $ \ sqrt ab $, będziemy mieć $ \ sqrt 6 $ za wartość $ \ sqrt −2 $ pomnożoną przez $ \ sqrt −3 $ ".

Ten fragment potwierdza przypuszczenie, że Euler rozumiał potrzebę określonego symbolu, aby uniknąć powyższego „błędu”.



Addendum

$ \ pi $, patrz tom II, strona 9:

396 . Pierwsze wystąpienie znaku $ \ pi $. Nowoczesna notacja dla 3.14159. . . . został wprowadzony w 1706 roku. To właśnie w tym roku William Jones [ przypis : William Jones, Synopsis palmariorum matheseos (Londyn, 1706), s. 263.] dał się zauważyć nie zdając sobie sprawy, że robi coś godnego uwagi, poprzez oznaczenie stosunku długości koła do jego średnicy literą $ \ pi $. Zrobił ten krok bez ostentacji.

Świetny! To kto, teraz te źródła dają jakąkolwiek wskazówkę, dlaczego?
Czy nie jest jasne, dlaczego? „i” to pierwsza litera słowa „wyimaginowany”. Dodam, że notacja nie złapała się od razu, nawet Cauchy użył uciążliwego $ a + b \ sqrt {-1} $.
@MauroALLEGRANZA Dzięki za nowe informacje o Cauchy. Niestety mam trudności ze zrozumieniem końca drugiego cytatu. Czy Cauchy podaje powód używania $ i $, czy * nie * używa $ i $? Jak byś przetłumaczył „a n'être plus que des quantités réelles”.
@MauroALLEGRANZA OK, dzięki za nowe rzeczy na Cauchy. Wszystko bardzo interesujące.
@MichaelWeiss cytat oznacza „bycie niczym innym jak rzeczywistymi ilościami”


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...