深度科普:加法运算的前世今生
深度科普:加法运算的前世今生
我们从小就学会了加法运算,作为初级数学入门必学的一种运算,你知道高等数学是怎么看待加法运算的吗?加法运算在我们的生活中,会发挥着怎样的作用?如果没有加法,我们的社会会发生什么变化?
最原始的运算
加法和数字是一对孪生兄弟,当古人创造了计数法,加法运算也就应运而生了。
古人的发明计数的方式有多种,比如用石头个数来代表另一个物品的个数。还有每增加一个物品,就在绳子上打一个结;或者对每个物品,划出一道杠来计数,等等。
加法运算是最符合人类直觉的运算,从原始社会开始,加法就存在了:你有一个苹果,再给你一个苹果,你现在有几个?毫无疑问,一旦我们学会了数数字,当存在物品的交换,加法就自然存在了。
所以,我们会有一个结论:
数字建立 => 加法
同时,我们也发现,加法拥有一些性质:
1. 0 + 数字 = 数字。这里0就被称之为单位元
**2. 数字 + 数字 = 数字。**封闭的运算
然后加法运算的性质:
1 + 2 = 2 + 1:可以交换
(1 + 2) + 3 = 1 + (2 + 3):大家都是平等的,可以结合
第一次推动数集扩充
殊不知,这么一个非常符合直觉的运算,第一次推动了数集的扩充。前面我们讲到,在数字里面,有个特殊的数字0, 被称为单位元的数字,有着奇妙的存在:
**0 + 数字 = 数字:**我们都知道 1 = 0 + 1, 2 = 1 + 1, 那么0 = 1 + ?
所以,数集由自然数,扩展加入了负数,同时,减法也应运而生了。
所以,我们会有一个结论:
加法 => 减法 => 负数
计算效率大跃进
乘法的发明,实在是一种非常巧妙的方式。原本可以一个一个去用加法计算的方式,被人们用乘法用来速记加法:
明明可以数9次,被速记成了3 x 3。所以本质上乘法还是在做加法运算,可想而知,乘法并没有创造一个运算,其本质还在加法运算。
而乘法的发现,导致了除法的扩展,对应的,数字也因为除法而出现了下一次的扩充!
所以,我们会有一个结论:
加法 => 乘法 => 除法
同时,我们也发现,乘法拥有一些性质:
1. 1 x 数字 = 数字。这里1就被称之为单位元
**2. 数字 x 数字 = 数字。**封闭的运算
然后乘法运算的性质:
1 x 2 = 2 x 1:可以交换
(1 x 2) x 3 = 1 x (2 x 3):大家都是平等的,可以结合
有没有发现,乘法和加法拥有相同的性质!而这个相同点,将撬开高等数学的大门!
**我们发现,单位元1,有1 x 数字 = 数字:**我们都知道 2 = 1 x 1, 3 = 1 x 3, 那么1 = 2 x ?
这里求解?的过程,便是除法运算,而除法的出现,扩展的数系到小数系。从此,乘法又有速记平方、立方等出现,对应的其逆运算代表了数系的扩充。从此,数字开始开支散叶:
而这一切,皆因加法而起。也就是说,如果加法塌了,数学就塌了
高等数学眼中的加法
其实高等数学,颇有一番四大皆空的感觉。加法是什么,乘法是什么,我们上面说到,他们都有相同的性质:
1.有单位元, 单位元和谁做运算都是谁
2.符合交换律
3.符合结合律
4.封闭性,做完运算不会超出数字范围
暂且就把这种具有上面4种的运算,都称之为加法运算。这样概念上加法运算做到了扩充,不再单单只我们传统意义上的加法运算
有人说,高等数学这么简单?人类的认知,跨越到对加法的抽象其实也经历了几千年。话说,还要从一位天才少年说起,姓伽的少年,18岁就参悟透了加法其实就是上面的4条性质,乘法也具有类似的性质,于是奋笔疾书,写出了一篇论文,开创了高等数学中的群论分支,然而21岁,为爱而去世。
好了,至此,相信大家已经做了高等数学的入门,相信接下来可以很好的理解
包含加法的整数集就是交换群。至此,你们已经完成了群论的入门,感兴趣的可以找《群论》、《抽象代数》来学习。
而这一切,即是缘起一个简单的加法!
今天的分享就到这里,其实关于加法还有很多内容,后期再分享给大家。