نغمه ی عاشقی | ||||||||
اعداد طبیعی، اعدادی هستند که برای شمردن به کار میروند. مجموعه اعداد طبیعی {... ,3 ,2 ,1} است. در این مجموعه عدد صفر وجود ندارد و با اضافه کردن آن، مجموعه اعداد حسابی به وجود میآید. این مجموعه یک مجموعه نامتناهی است. در ریاضیات، مجموعه اعداد طبیعی را با نماد N یا نمایش میدهند. این حرف از آغاز واژه انگلیسی Natural، به معنای طبیعی، گرفته شده است. اعداد حسابی همان اعداد طبیعی هستند که صفر هم به آنها اضافه شده است. اعداد صحیح به مجموعه اعداد طبیعی مثبت و اعداد طبیعی منفی و عدد صفر گفته میشود. این مجموعه را در ریاضی معمولا با Z یا (ابتدای کلمه zahlen که در زبان آلمانی به معنی اعداد است) نشان میدهند. مجموعه اعداد صحیح، مانند مجموعه اعداد طبیعی، یک مجموعه شمارای نامتناهی ست. شاخهای از ریاضیات که به مطالعه اعداد صحیح می پردازد، نظریه اعداد نام دارد. اعداد گویا (یا به زبان دیگر، اعداد کسری) حاصل تقسیم دو عدد صحیح هستند، به شرطی که عدد دوم صفر نباشد. هر عدد گویا را به شکل a/b یا میتوان نوشت (که a و b اعداد صحیح اند). در ریاضیات مجموعه اعداد گویا را با نمایش میدهند. مجموعه اعداد گویا مجموعهای شمارا است. این مجموعه، همچنین، زیرمجموعهای چگال (dense) از مجموعه? اعداد حقیقی است. میدان تمام اعداد گویا و گنگ را اعداد حقیقی گویند و آن را با نمایش میدهند. اعداد حقیقی را میتوان با اضافه کردن عدد موهومی() بسط داد. اعدادی به فرم a + bi که در آن a و b هر دو عدد حقیقی هستند را اعداد مختلط مینامند. اعداد گنگ چگونه بهدست ما رسیدهاند؟ واقعیت این است که ریاضیات مقدماتی (آن چه در دورههای قبل از ورود به موسسات آموزش عالی ارایه میگردد) آن چنان بهسادگی وارد علم نشدهاند. هر بخش آن مستلزم هزاران سال کار فکری بشر بوده است و هیچ گاه اتفاقی یا در واقع بدون زحمت بهدست ما نرسیده است. اطلاع از تاریخ این امکان را در اختیار ما میگذارد که حداقل قدر دانش را دانسته و با الفاظ ریاضیات درس خوبی نیست یا ریاضیات را دوست ندارم، به اینگونه ابراز احساس در برابر آن نپردازیم.
در این مقاله خواهیم کوشید اشارهای به کشف کمیتهای گنگ (غیرگویا) داشته باشیم. خوانندهی علاقهمند قطعا این مطالب را کافی نخواهد یافت و لذا برای مطالب بیشتر به کتابهای تاریخ ریاضیات یا تاریخ علوم ارجاع داده میشود. اعتقاد داریم آن چه را لازم است باید انجام دهیم تا ریاضیات چهرهی زیبای خود را به همگان نشان دهد. اعداد صحیح تجربههایی هستند که از روند شمارش دستههای متناهی اشیا ناشی میشوند. نیازهای زندگی روزمره ما را ملزم میسازند که علاوه بر شمارش اشیا منفرد، کمیات مختلفی از قبیل طول، وزن و زمان را اندازه بگیریم. برای برآوردن این احتیاجات سادهی اندازهگیری، کسرها را لازم داریم، زیرا بهعنوان مثال، بهندرت پیش میآید که طولی شامل عدهی دقیقا صحیحی از واحدهای خطی باشد. بنابراین، اگر عدد گویا را بهصورت خارجقسمت دو عدد صحیح تعریف کنیم، p/q، که در آن q≠0 باشد، این دستگاه اعداد گویا، از آن جا که شامل همهی اعداد صحیح و کسرهاست، برای مقاصد عملی اندازهگیری، کفایت خواهد کرد. (علوم براساس قراردادها استوارند. اصولی را پذیرفته، سپس بر اساس آنها نیازهای آینده را نتیجهگیری میکنیم. این بهنظر بهترین راه میآید.) اعداد گویا تعمیم هندسی سادهای دارند (که به آن اشاره نمیکنیم، در تمام نوشتهجات مقدماتی میتوان مطالب کافی در این مورد پیدا کرد). ریاضیدانان اولیه تصور میکردند تمام نقاط این محور توسط اعدادگویا بهکار گرفته میشوند. این تصور درست نبوده است. اطلاع از این که نقاطی بر خط وجود دارند که متناظر با هیچ عدد گویایی نیستند، قاعدتا میبایست تکاندهنده بوده باشد. این کشف یکی از بزرگترین دستاوردهای فیثاغورس بود. فیثاغورسیان، بهویژه، نشان دادند که هیچ عدد گویایی نظیر نقطه p بر روی خط بهطوری که فاصله opا(اo را مبدا می گیریم) در آن مساوی قطر مربعی به طول واحد باشد، وجود ندارد. اکنون لازم بود اعداد جدیدی ابداع شوند که متناظر با چنان نقاطی باشند، و چون این اعداد نمیتوانند گویا باشند اعداد گنگ نام یافتند. کشف آنها یکی از برجستهترین حوادث را در کل تاریخ ریاضیات مشخص میکند. کشف وجود اعداد گنگ، برای فیثاغورسیان حیرت آور و نگرانکننده بود. قبل از همه، این کشف ضربهی مهلکی بر فلسفهی فیثاغورسی، که همهچیز را به اعداد صحیح وابسته میدانست، تلقی شد. دیگر آن که، این مطلب مغایر با عقل سلیم به نظر میآمد، زیرا بهطور شهودی حس میشد که هر کمیتی با یک عدد گویا قابل بیان است. همتای هندسی آن نیز همان قدر تکاندهنده بود، زیرا چه کسی میتوانست در این تردید کند که بهازای هر دو قطعه خط مفروض میتوان خط سومی، هر چند بسیار بسیار کوچک، پیدا کرد بهطوری که به تعداد دفعات صحیح در هر یک از دو خط مفروض بگنجد؟ بهعنوان این دو قطعه خط، یک ضلع s و یک قطر d از مربعی را اختیار کنید. حال اگر قطعه خط سومی مانند t وجود داشته باشد که بهتعداد دفعات صحیح در s و d بگنجد. خواهیم داشت:
که در آن a, b اعداد صحیح مثبت هستند. تا مدتها 2√ عدد گنک شناخته شده بود (این امکان وجود دارد که (√5-1)/2 که نسبت ضلع پنج ضلعی منتظم به قطر آن است، اولین عدد گنگ شناخته شده باشد، اما احتمالش کمتر از مقدم بودن بر گنگ بودن 2√ است که ما 2√ را به عنوان اولین عدد گنگ شناخته شده پذیرفته ایم). بعدها بهگفتهی افلاطون، تئودوروس کورنهیی (حدود 425 قبل از میلاد) نشان داد که 3√ ، 5√، 7√، 8√، 10√، 11√، 12√، 13√، 14√، 15√، 17√ نیز گنگ هستند. سپس در حدود 370 سال قبل از میلاد این رسوایی توسط ائودوکسوس زیرک، شاگرد افلاطون و آرخوتاس، که از فیثاغورسیان بود، با ارائهی تعریف جدیدی از تناسب مرتفع گردید. بررسی ماهرانه ائودوکسوس در مورد کمیتهای نامتوافق در مقالهی پنجم اصول اقلیدس اساسا با توصیف اعداد گنگ که بهوسیله ریچارد ددکیند، ریاضیدان آلمانی، در سال 1872 داده شد، منطبق است. مطالعه مثلثهای متشابه در کتابهای هندسهی دبیرستانی امروزی هنوز برخی از مشکلات و ظرافتهایی را که بهواسطهی کمیتهای نامتوافق بهمیان آمدهاند، نشان میدهد. عدد گُنگ، یا عدد اصم، بهصورت عددی حقیقی تعریف میشود که گویا نباشد، یعنی نتوان آن را به صورت کسری که صورت و مخرجش عدد صحیح باشند نوشت. مجموعه اعداد گنگ مجموعهای ناشمارا است. از معروفترین این اعداد میتوان از ، و نام برد. 1- شاید اولین عدد گنگی که بشر کشف کرد بوده باشد. کشف این عدد منتسب به فیثاغورثیان (شاگردان فیثافورث) است و گفته میشود در رقابتهای علمی که در آن زمان بین گروههای مختلف درجریان بود این عدد نقش یک برگ برنده بزرگ را برای فیثاعورثیان ایفا میکرده است. این عدد طول قطر مربعی به ضلع واحد میباشد که براحتی از رابطه ی فیثاعورث بدست میآید. در ریاضیات کلاسیک هم رایجترین گزینه برای اثبات وجود اعداد گنگ است. در واقع ثابت میشود که عدد گویایی موجود نیست که به توان 2، برابر با 2 شود. اهمیت کشف اعداد گنگ در آنجا بود که نوعی عدم قطعیت به ریاضیات میداد؛ بدین معنا که برخلاف ذات ریاضیات یعنی قطعی بودن آن در عمل، اعداد گنگ را نمیتوان بطور قطعی بیان کرد مثلاً بسط اعشاری همین عدد نامختوم و غیر تکراریست و برای نمایش آن مجبوریم به چند رقم اعشار آن اکتفا کنیم و بقیه را نادیده بگیریم مثلا بنویسیم 2- یکی دیگر از اعداد گنگ مهم و تاریخی عدد پی( 3.1415 = ∏ ) میباشد.بازهم پای عدم قطعیت به میان می آید.شما دایره ای به قطر یک رسم میکنید اما محیط این دایره عدیدیست با بسط اعشاری بی انتها و غیر تکراری!!! عدد پی در بسیاری از معادلاتی که با نوسان و تناوب سر و کار دارند ظاهر می شود. بنا به شواهد تاریخی نخستین بار عدد پی توسط بابلیان (3.125) و مصریان(3.1604) در 1900 سال قبل از میلاد محاسبه شد که هر دو تا یک رقم اعشار صحیح است.همچنین در متون هندی این عدد 3.139 تقریب زده شده که حدودا تا دو رقم اعشار صحیح است. اولین کسی که عدد پی را با دقت قابل قبول تخمین زد ارشمیدس در قرن سه قبل از میلاد بود.او به کمک روش تقریب دایره با چند ضلعی های منتظم و به کمک 96 ضلعی منتظم عدد پی را 3.1519 تخمین زد که تا سه رقم اعشار صحیح است.همیچنی دانشمندی چینی بنام زو چانگ ژی در قرن 5 میلادی عدد پی را 3.14159292 محاسبه کرد که تا 6 رقم اعشار صحیح است.تا هزاره دوم میلادی کمتر از ده قم اعشار عدد پی بطور صحیح محاسبه شده بود(به کمک عدد پی تا 11 رقم اعشار میتوان محیط کره زمین را با دقت میلیمتر تخمین زد!!!) رفته رفته و با پیشرفت ریاضیات و ابداع روش سریهای نامتناهی تخمین های بهتر و بهتری برای عدد پی بدست آمد بطوریکه امروزه با استفاده از کامپیوترهای شخصی میتوان این عدد را تا میلیاردها رقم اعشار صحیح تخمین زد!!! 3- پرکاربردترین عدد گنگی که بشر تا بحال کشف کرده عدد نپر( 2.7182 = e) است.کشف این عدد منتسب به جان نپر(John Napier) دانشمند اسکاتلندی و معرف لگاریتم است.البته اهمیت این عدد بیشتر مرهون کارهای لئونارد اویلر(Leonhard Euler) دانشمند سوییسی است.چه بسیاری نیز معتقدند انتخاب حرف e برای عدد نپر بخاطر اولین حرف از نام خانوادگی اویلر بوده است.البته عده ای نیز میگویند این حرف نخستین حرف کلمه ی نمایی(exponential) است.در واقع توابع نمایی بصورت f(x)=a^x هستند و در بین تمام اعداد حقیقی ممکنی که میتوانند بجای a قرار گیرند عدد نپر تنها عددییست که باعث میشود تابع نمایی در نقطه صفر دقیقا شیبی برابر با یک داشته باشد(مشتق تابع e^x برابر است با e^x و لذا شیب این تابع در صفر برابر است با e^0=1) عدد نپر در جاهای دیگر هم ظاهر میشود.مثلا فرض کنید در بانک مبلغ یک دلار قرار داده اید و بانک به شما 100درصد سود در سال پرداخت میکند یعنی در پایان سال شما دو دلار خواهید داشت(n=1)حال اگر بانک بجای صد در صد در سال شش ماه اول 50 درصد سود پرداخت کند(یک و نیم دلار در پایان شش ماه)و در شش ماه دوم نیز 50 درصد سود پرداخت کند(به ازای یک و نیم دلار پس انداز شما)در پایان سال 1.5+0.75=2.25 دلار خواهید داشت(n=2)اگر این بار بانک هر سه ماه یک بار به شما 25 درصد سود پرداخت کند در پایان سال مبلغ 1.25+0.3125+0.390625+0.488281=2.44141 در حساب خود خواهید داشت (n=4) اگر این روند ادامه پیدا کند یعنی بانک در تعداد دفعات بیشتری به شما سود کمتری پرداخت کند و این تعداد دفعات یعنی n به بینهایت میل کند شما در پایان سال به اندازه 2.7182 = e دلار در بانک خواهید داشت!!! همچنین اگر احتمال برنده شدن شما در یک بازی n^ -1 باشد و شما این بازی را n بار انجام دهید و n به سمت بینهایت میل کند احتمال اینکه شما هر n بازی را ببازید برابر است باe^ -1 .گنگ موضوع: آموزشبه غیر از روشی که برای پیدا کردن اعداد گنگ ( اصم ) با استفاده از رابطه فیثاغورس گفته شده است می توان از واسطه هندسی ( میانگین هندسی ) نیز استفاده کرد و اعداد گنگ (اصم ) را روی محور مشخص کرد. قضیه : در هر مثلث قائم الزاویه ای رابطه زیر برقرار است . که CH را میانگین هندسی می گویند.
حال می خواهیم را روی محور اعدا نشان دهیم. روی محور عمودی 5 واحد به سمت بالا و 1 واحد به سمت پایین حرکت می کنیم. و نقاط A , B را مشخص می کنیم .
حال نقطه وسط پاره خط AB را با C مشخص کرده و کمان به شعاع AC می زنیم.
محل برخورد کمان با محور افقی همان خواهد بود . زیرا:
[ یکشنبه 93/4/1 ] [ 9:26 عصر ] [ دانشجوی ریاضی ]
[ نظرات () ]
|
||||||||
[ فالب وبلاگ : وبلاگ اسکین ] [ Weblog Themes By : weblog skin ] |