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古往今來，在所有的數(shù)學創(chuàng)新中，出現(xiàn)了太多令人驚喜的發(fā)明。有的數(shù)學概念的發(fā)展和潛力遠遠超出發(fā)明者的初衷和預期，它們在人類文明的進程中扮演著重要角色，幫助人類擺脫種種愚昧和困境。今天我們要細數(shù)的就是這樣十個值得稱頌的數(shù)學創(chuàng)新。 阿拉伯數(shù)字 1、2、3、4、5……這套簡單的數(shù)字被稱為阿拉伯數(shù)字。雖然名為“阿拉伯”，但其實它們最早起源于6或7世紀的印度，是阿拉伯人從印度人那里習得的這些數(shù)字，然后在12世紀左右，中東數(shù)學家將這套數(shù)字的書寫方法帶到了歐洲。 可能很少有人會去深思這些最簡單的數(shù)字的意義，而它們卻是人類文明得以向前推進的關鍵要素。 13世紀初，意大利數(shù)學家斐波那契開始在他的工作中使用阿拉伯數(shù)字。隨后，西歐的定量科學取得了巨大的進步。為何在此之前羅馬人沒能做出富有創(chuàng)造性的定量科學？一種說法認為，這是因為用羅馬數(shù)字進行復雜計算并不是一項方便簡潔的任務，因此阿拉伯數(shù)字的出現(xiàn)代表了計數(shù)方法上的重大突破，為代數(shù)的發(fā)展鋪平了道路。如果沒有這些數(shù)字，數(shù)學或許會一直困在黑暗時代。 零的概念 在人類歷史上，人們從很久很久以前就理解了“無”的概念，有記錄以來的第一次使用代表了零的符號可以追溯到公元前3世紀的古巴比倫；到了在公元350年左右，瑪雅人的日歷上也出現(xiàn)了與之類似的符號。但零的概念實際上是在公元5世紀左右才在印度充分建立起來的。在此之前，數(shù)學家會盡量進行最簡單的算術計算。 這些早期的計數(shù)系統(tǒng)只把零看作一個占位符，而不是一個有自己獨特值或?qū)傩缘臄?shù)字。直到公元7世紀，人們才充分認識到零的重要性。終于在9世紀時，零才以一種與我們今天所使用的橢圓形類似的形式，進入了阿拉伯數(shù)字系統(tǒng)。 在繼續(xù)遷移了幾個世紀后，“0”隨著阿拉伯數(shù)字系統(tǒng)，在12世紀左右傳到了歐洲。從那時起，像斐波那契這樣的數(shù)學家便將0的概念引入了主流思想中，這在后來的笛卡爾、牛頓和萊布尼茨的微積分發(fā)明中均有突出的體現(xiàn)?，F(xiàn)如今，0既是一個符號，也是一個概念，在從物理學和經(jīng)濟學，從工程學到計算機的發(fā)展中，都發(fā)揮著重要作用。 負數(shù) 負數(shù)概念的第一次出現(xiàn)可追溯到公元前200年的中國。在《九章算術》的一章中，負數(shù)被用于求解一組聯(lián)立方程組。書中用紅色的桿表示正數(shù)，黑色的桿表示負數(shù)。 7世紀的印度天文學家婆羅摩笈多是第一個賦予負數(shù)意義的人。他用“財富”和“債務”的概念來表示正數(shù)和負數(shù)。這時的印度已經(jīng)擁有了一個含有0的數(shù)字系統(tǒng)。婆羅摩笈多用一種特殊的符號表示負號，并寫下了一些關于正、負的運算規(guī)則。 直到15世紀，負數(shù)才開始出現(xiàn)在歐洲，這開啟了一個建立在前人思想基礎上的研究過程，并掀起了求解二次方程和三次方程的數(shù)學熱潮。 小數(shù) 分數(shù)的英文fraction一詞來源于拉丁語“fractio”，意思是“斷裂”。在1585年出版的一本小冊子中，荷蘭數(shù)學家斯蒂文向歐洲的讀者介紹了十進制小數(shù)的概念，表示他要教授“在商業(yè)中遇到的所有計算都可以不用分數(shù)，只用整數(shù)來完成?！彼J為他的小數(shù)方法不僅對商人有價值，而且對從占星家到測量師都有價值。 但在斯蒂文之前，小數(shù)的基本概念就已經(jīng)在一定程度上得到了應用。10世紀中期，大馬士革的阿爾·烏格利迪西寫了一篇關于阿拉伯數(shù)字的論文，在論文中他涉及到了小數(shù)，不過歷史學家對他是否完全理解這些數(shù)字存在分歧。我們今天所使用的分數(shù)是直到17世紀才在歐洲出現(xiàn)的。 矩陣
矩陣的起源最早可以追溯到公元前200年到公元前100年之間，在書寫于中國漢代的《九章算術》中，“方程”一章里就出現(xiàn)了這種以方形的形式寫下的方程組問題。這是一種通過系數(shù)分離來表示線性方程的方法，是已知最早的矩陣。17世紀，德國數(shù)學家戈特弗里德·萊布尼茨和日本數(shù)學家關孝和各自獨立地寫下了行列式。 矩陣的現(xiàn)代形式是在19世紀中葉由英國數(shù)學家阿瑟·凱萊（Arthur Cayley）建立的。他從1858年開始，發(fā)表了一系列關于矩陣的論文，討論了矩陣的運算法則、矩陣的逆、矩陣的轉(zhuǎn)置等等。自矩陣的概念被普及之后，它被應用于科學和工程領域的方方面面。比如在計算機圖形學中，矩陣可以被用來表示圖像的旋轉(zhuǎn)和其他轉(zhuǎn)換。
復數(shù)
復數(shù)的發(fā)展有著非常復雜的歷史。與多數(shù)人以為的不一樣的是，復數(shù)的出現(xiàn)并非源自于求解二次方程的需求，而是源自于求解三次方程的需求。 第一次涉及到虛數(shù)的記錄出現(xiàn)在1世紀，當時，古羅馬數(shù)學家希羅在研究金字塔的一個很奇怪的部分，他需要求解√(81-114)。然而，由于他覺得這根本不可能辦到的，因此很快就放棄了。在接下來的很長一段時間里，沒有人去過多地觸及這個概念。 到了16世紀，一些關于負數(shù)平方根的研究又開始慢慢出現(xiàn)。人們發(fā)現(xiàn)了求解三次和四次多項式方程的公式，并意識到有時這需要用到負數(shù)的平方根。最后，在1545年，關于虛數(shù)的首個正式研究出現(xiàn)了。那一年，意大利數(shù)學家吉羅拉莫·卡爾達諾（Girolamo Cardano）出版了《大術》一書，在書中他求解了方程x(10-x)=40，得到了x=5±√-15，將復數(shù)形式a √-b引入了代數(shù)之中。 雖然自此之后數(shù)學家開始紛紛在計算中使用虛數(shù)，但直到近一個世紀之后，約翰·沃利斯才提出了第一個例子，表明負數(shù)的平方根實際上是有物理意義的。而我們現(xiàn)在用符號i來表示虛數(shù)，是從歐拉開始的。他將復數(shù)可視化為具有坐標系中的點，定義了復指數(shù)，并發(fā)展出了著名的歐拉恒等式。
對數(shù)
什么是對數(shù)？一個現(xiàn)代數(shù)學家會給出的答案可能與幾個世紀前的數(shù)學家會給出的很不一樣。事實上，對數(shù)的起源問題并沒有一個簡單的答案，但與之相關的至少有兩位學者，一位是蘇格蘭男爵約翰·奈皮爾，另一位是瑞士工匠約斯特·比爾吉。在16世紀末，他們各自獨立發(fā)展了體現(xiàn)對數(shù)關系的系統(tǒng)，并各自花費數(shù)年時間制作計算對數(shù)的表格。 對數(shù)關系用現(xiàn)代符號可表示為：
這個等式將乘法和除法簡化為簡單的加法和減法運算，在17世紀初，這樣一種概念帶來的沖擊是巨大且直接的。因為在16世紀末，觀測天文學、遠程導航、測繪等許多科學領域得到了前所未有的發(fā)展。這些學科對數(shù)學有著很高的需求，它們在很大程度上的基礎是三角學，需要三角函數(shù)表等工具進行計算。因此，為了發(fā)展出能夠避開冗長而復雜的計算技術，人們非常期待能出現(xiàn)可以用加法和減法過程取代的方法。 奈皮爾在這種背景下，選擇將三角函數(shù)作為發(fā)展對數(shù)關系的基礎。1614年，他首次發(fā)表了關于對數(shù)的著作。他將古希臘語中的兩個詞語logos（意為比例）和arithmos（意為數(shù)字）組合起來，創(chuàng)造了“l(fā)ogarithm”，即對數(shù)一詞。大約在同一時間，瑞士鐘表匠比爾吉也遇到了同樣的計算問題。為了簡化計算，比爾吉想要生成一個可以應用于所有運算過程的表格。1620年，他出版了著作《等差與等比級數(shù)表》，他的目標是創(chuàng)造一個將乘法、除法、平方根和立方根都可以同時使用的表。 現(xiàn)在，對數(shù)在許多方面都與最初的設想有很大的不同，它已經(jīng)遠遠超越了作為一種有用的計算龐大數(shù)字的方法，而是成為了一種數(shù)學關系和函數(shù)。對數(shù)從一個省力的裝置演變成為數(shù)學的核心工具之一，在現(xiàn)代數(shù)學的許多分支中都至關重要。它是群論、微積分的關鍵，它出現(xiàn)在各種積分的解中。對數(shù)也構成了里氏震級和酸堿度測量的基礎，描述了八度音節(jié)的特征……
微積分
說起微積分，可能多數(shù)人通常會默認將功勞都歸于牛頓。但事實上，微積分的發(fā)現(xiàn)應該歸功于兩個人——牛頓和萊布尼茨。17世紀末，這兩位杰出的數(shù)學家?guī)缀踉谕粫r間各自獨立發(fā)明了微積分，但他們對基本概念的思考方式卻截然不同。 牛頓考慮的是隨時間變化的變量，而萊布尼茨考慮的是變量x和y的范圍無限接近數(shù)值的數(shù)列。萊布尼茨引入了dx和dy作為這些數(shù)列的連續(xù)值之間的差異，并且他知道通過dy/dx能得到正切。牛頓使用的是x'和y'來計算正切。他們二人都沒有從函數(shù)的角度來思考微積分，而總是從圖形的角度出發(fā)。對牛頓來說，微積分是幾何的，而萊布尼茨則更傾向于將它用于分析。 萊布尼茨非常清楚好的符號的重要性，他所使用的符號更適合于將微積分推廣到多個變量，而且這些符號還讓求導和幾分運算更加直觀。因此，今天微積分中所使用的很多符號都是由萊布尼茨提出的。 微積分使各種各樣的科學成為可能，如果沒有它的計算能力，許多科學都不可能發(fā)生。從建筑到天文學，從神經(jīng)科學到熱力學，一切都依賴于微積分。
非歐幾何
大約在公元前300年，歐幾里得在《幾何原本》一書中提出了5個幾何公設：
其中第5個公設有別于其他四個，歐幾里得隱隱覺得它好像不似其他4條那么完美。此后的2000多年時間里，先后有多名數(shù)學家嘗試提出這一公設的替代版本，或者試圖從其他四個公設來證明第5個公設，其中包括普羅克魯斯齊諾弗尼斯、約翰·沃利斯、喬瓦尼·薩凱里、約翰·海因里希·朗伯、約翰·普萊費爾、阿德里安-馬里·勒讓德等人。 而第一個真正意義上確認第5公設獨立于其他4條公設的，是19世紀初的高斯。1817年，高斯開始研究這樣一種幾何，在這種幾何中，穿過一個點可以畫出多于一條與某條線平行的點的線。而在1829年，俄國數(shù)學家尼古拉·羅巴切夫斯基發(fā)表了他的非歐幾何的工作， 而黎曼則在高斯的指導下完成了博士論文。1854年，在黎曼的就職演講中，他重新定義了幾何學的概念，簡要探討了球面幾何。雖然這一演講直到1868年才得以發(fā)表，也就是黎曼去世兩年之后，而它的影響是巨大的，例如在愛因斯坦闡明廣義相對論的過程中，黎曼的非歐幾何起到了重要作用。
二元邏輯
數(shù)百年前，人類發(fā)明了十進制數(shù)字系統(tǒng)。直到一個世紀以前，我們用于計算的主要系統(tǒng)仍是十進制數(shù)字系統(tǒng)。但是，隨著計算機和其他技術的發(fā)展，我們有了對更復雜的數(shù)字系統(tǒng)的需求，這也促使了二進制數(shù)字系統(tǒng)的誕生。 二進制系統(tǒng)的起源可以追溯到19世紀中期。1847年，英國數(shù)學家、邏輯學家喬治·布爾在《邏輯的數(shù)學分析》一文中寫下了他的關于用推理演算和代數(shù)運用來解決邏輯問題的思考。 布爾邏輯的有三個主要邏輯，即AND、OR和NOT邏輯。AND邏輯闡述的是，如果兩個比較值都為真，那么結果值為真；OR邏輯說的是如果兩個比較值中的一個為真值，那么結果為真值；NOT邏輯會反轉(zhuǎn)給定的值，例如如果給定的值是真值，那么NOT會將它反轉(zhuǎn)為假，如果它是假值，那么NOT會將把它反轉(zhuǎn)為真值。這里，真和假這兩個狀態(tài)可以用兩個數(shù)字表示：1和0，也就是二進制系統(tǒng)。 在20世紀30年代，一些研究人員注意到，布爾的二元邏輯可以用來描述電子電路開關，從而開始被用于設計電子計算機?，F(xiàn)如今，每個數(shù)字計算機使用的都是這種二進制數(shù)字系統(tǒng)，它被用于多種應用程序，這包括圖像處理、高端音頻和高清視頻的錄制、存儲數(shù)以百萬計的數(shù)據(jù)輸入等等。 參考來源： 《不可思議的數(shù)》 https://www./topic/Hindu-Arabic-numerals https://www./27853-who-invented-zero.html https://www./news/who-invented-the-zero https://web.ma./users/mks/326K/Negnos.html https://nrich./5961 https://nrich./2515 https://mathshistory./Biographies/Stevin/ https://www./science/matrix-mathematicshttp://people.math./~knill/history/matrix/bell/index.html http://www.math./%7Emerino/spring06/mth562/ShortHistoryComplexNumbers2006.pdf https://www.math./mathnet/questionCorner/complexorigin.html https://www./science/logarithm https://www./press/periodicals/convergence/logarithms-the-early-history-of-a-familiar-function-introduction https://www.math./~tomforde/calchistory.html https:///knowledge/invention/116/calculus.html https:///ModernComputer/thinkers/Boole.html https://www./the-binary-number-system-its-history-applications-and-advantages 原標題：十大數(shù)學創(chuàng)新 來源：原理
編輯：GUOmazing ↓ 點擊標題即可查看 ↓ 1. 套娃嗎？你先看這個島中湖中島中湖中島 2. 都靠這位天才科學家20歲時的論文，你才能用手機拍照發(fā)朋友圈 3. 朝天空開槍，子彈掉下來還有殺傷力嗎？| No.206 4. 樂高還能懸浮在半空中？上百萬人已看懵！ 5. 古裝片的射箭動作把物理學家看笑了，導演咱能不能專業(yè)點？ 6. 即使被它淹沒也不會窒息，這是什么神奇液體？ 7. 數(shù)學課上撿了個橡皮，勾股定理就看不懂了 8. 物理學寫給你的情書 9. 唯一兩次獲得諾貝物理學獎的人，你卻不一定認識他 10. 媽媽問我的桌子為什么這么亂！ |
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