数学幼小衔接启蒙——数字的本质

文摘   2024-08-28 10:18   浙江  

莱布尼茨说一一

,似乎可以说是一种基本的形而上学的模型或符号


对于数,大约于人有一种天赋的本能。

在一个小的集合中,增添或者去掉东西时,人能察觉到其中的变化,会意识到是多了或是少了。这种察觉数之有无与多少的能力,数学史家们称之为数觉


但是,3好像是一个瓶颈。在3以后,本能就变得不那么靠谱了。

有例为证。对很多原始民族来说,用于数的单独的名称,只有1和2,间或有3,超过3时,便说"许多,很多,太多"。事实上,古今中外的人类语言中,也都保留着3被当成多的痕迹。


随着生产力水平的提高,自然需要更大的数字。这时候东西方的先人们,不约而同地选择了用手指作为计算工具。是呀,不得不感恩人类进化出了灵活的手指,正是这种生理上的条件,促成了屈指可数、掐指一算。当手指不够用的时候,就出现了石子计数,用于表示更多的元素,但石子堆很难长久的保存信息,便又出现了刻痕的方式。即数目是几,就画几道杠。

同时,我们也能发现,数是基于量的抽象


我们是不是应该思考,有什么办法才能完美地解决计大数的问题呢?

解决思路叫进位制思想

在人类文明的主要发源地,除了古巴比伦的楔形数字采用六十进制,玛雅数字采用二十进制,其他文明无一例外都采用了十进制。采用十进制的原因几乎可以断定,因为我们的双手加起来一共有十个手指头

事实上,十进制除了方便屈指可数,怎么看都不应该是数学家们的首选。在18世纪,布冯曾提议采用十二进制,他指出:12有4个除数,而4只有2个。确实,由于世世代代采用十进制时都感到不太方便,所以虽然10是举世公认的基底,但在大多数的度量衡中,都是以12或16为基底作辅助单位,比如常言道的一打,半斤八两等等。

10在数学上不是最佳的选择。但10个手指头是人类天生的计算工具。


人类思考着能否用有限的几个符号,来表示任意大的数目呢?

计数符号本身有了位置的概念,具体来说就是,不但每个计数符号本身表示大小不同的数目;同一个计数符号,由于写在不同的位置上,表示出了不同的数目。这就是"位值"的含义。如3333,从右数起,计数单位分别是个、十、百、千,这样最左边的3和最右边的3有着不同的意思,在这里,没有采用新的计数符号十、百、千等,也表示出了"三千三百三十三"。

书写系统从一开始就采用了位置系统,如4792表示四个千七个百九个十和两个一之和;这样把先数的和后数的上下并置在一起,就可以直接进行计算了。


我们计算出每列数的和,这个和并不是石子、刻痕、算珠的总数,而是一个符号,且这个符号表示的是两个用符号表示的数的和。


如何解决某位上没有数字的问题呢?举例来说,3和4在一起可能代表34、304,或者340。比如说如果十进制数,最后没有占位符,那么"12"可以表示12,也可以表示120,甚至1200……空位给计数带来了太多的麻烦。要避免这种含糊,最简单的方式莫过于发明一个新的符号,把空位表示出来。这样,由于计数发展的需要,0得以发明。

零既不是正数又不是负数的唯一真正中性数。0涉及无穷、无穷小和连续性三个问题。然而,我们当下习以为常的0,却经历了几千年的风雨才得以成型。

0不仅表示没有,更应该表示没有了。


加法,人们可以快速的数出更大的数。

减法,人们可以方便的数出部分数、变化的数、相差数。

也正是减法运算,人们发现不总是大数减小数,也会遇到小数减大数的情况,尤其是方程求解的时候。这样,正是由于减法的介入,诞生了负数。

若干个相同数相加,可以改写为乘法。有了乘,让加法运算变得更加便捷。

连续地减去相同的数,带来了乘法的逆运算,即除法。

3除以一个数等于2,使得整数系扩张到了有理数系。

一个数的平方等于2,随着二次方程求根的开方运算,有理数系拓展到了实数系。

在三次方程求解过程中,遇到了负数开方的情况,诞生了复数及其相关理论。


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