正文

第10章 丑陋卻萬能的二次方程求根公式(2)

x的奇幻之旅 作者:(美)史蒂夫·斯托加茨


我們用未知變量x來代表女兒應(yīng)該繼承的遺產(chǎn)。雖然我們暫時還不知道x的值是多少,但是我們可以像處理普通數(shù)字一樣處理x這一變量,對它做出各種各樣的分析。既然法律規(guī)定每個兒子所得的遺產(chǎn)應(yīng)該是女兒的2倍,那么顯然每個兒子應(yīng)該繼承的金額為2x。這樣,我們就可以知道,兩個兒子和一個女兒總共繼承的金額是x+2x+2x=5x,三人繼承的總金額必須等于這位寡婦的遺產(chǎn)總額,也就是10迪拉姆。由此,我們得到5x=10迪拉姆。最后一步,我們把這個等式的兩邊都除以5,就可以解出x的值,即x=2迪拉姆。也就是說,女兒得到的遺產(chǎn)是2迪拉姆;因為每個兒子繼承的遺產(chǎn)是女兒的2倍,因此每個兒子可以得到2x,即4迪拉姆的遺產(chǎn)。

注意,在上面的分析過程中,我們一共用到了兩種數(shù):一種是已知數(shù),比如2、5、10;另一種是未知數(shù),比如x。只要我們能夠找出已知數(shù)和未知數(shù)之間的關(guān)系(這種關(guān)系通過方程式5x=10來表示),我們就可以慢慢地“變換”這個方程式,將方程式的兩邊同時除以5,從而解出未知數(shù)x的值。這個過程就好像雕塑家拿著手中的鑿子一下一下地雕琢大理石。最終,我們“鑿掉”了冗余的部分,“鑿出”了我們想要的雕塑。

有時候,解方程式需要一些稍微復(fù)雜一點的方法。比如,當(dāng)方程式中有未知數(shù)減去已知數(shù)的情況出現(xiàn)時,我們就要引入一種上面沒有用到的技巧。例如,假設(shè)要解的方程式是x-2=5。為了解出x的值,我們必須想辦法用手中的鑿子鑿掉方程式左側(cè)的數(shù)字2。我們可以在方程式的左右兩邊同時加上2,這樣做以后,方程式的左邊只剩下一個x,所有的障礙都被清除了;而方程式的右邊,則是2+5=7。于是,我們的任務(wù)完成了,顯然x的值就是等于7。當(dāng)然,這個例子是一個非常簡單的方程式,相信大部分的讀者根本不用多想,看一眼就已經(jīng)知道結(jié)果了。

對于任何一個學(xué)過代數(shù)的學(xué)生來說,上面的移項技巧可能是理所當(dāng)然、簡單明了的。但是大部分人都不知道,這種看似不起眼的技巧正是“代數(shù)”這個名詞的起源。9世紀初期,巴格達的一位名叫穆罕默德·伊本·穆薩·花剌子模的數(shù)學(xué)家在一本講義里首次闡述了移項技巧:當(dāng)方程式一側(cè)的未知數(shù)被減去一個已知數(shù)(比如上例中的2)時,可以通過在方程式兩側(cè)同時加上這個已知數(shù),來“重組”方程式,幫助找到方程式的解?;ㄘ葑幽0堰@種技巧命名為al-jabr,也就是阿拉伯語“重組”的意思。如今我們熟知的“代數(shù)”一詞(英文為algebra),正是由al-jabr變形而來。在花剌子模死后很久,他的名字又一次被寫進了數(shù)學(xué)史:人們發(fā)明了我們今天常用的“算法”一詞,這個詞(英文為algorithm)的詞源正是這位數(shù)學(xué)家那略顯古怪的名字:花剌子模(al-Khwarizmi)。

花剌子模這本講義的后半部分都在討論求解方程式的實際應(yīng)用:如何處理復(fù)雜的遺產(chǎn)計算問題。而在這本講義的前半部分,花剌子模詳細地闡述了方程式中包括3種不同種類的數(shù)字的情況。在我們前面舉的例子中,方程式里只有兩種數(shù)字:已知數(shù)和未知數(shù)。而花剌子模研究的這類方程式中有3種數(shù)字:已知數(shù)、未知數(shù)(x)和未知數(shù)的平方數(shù)(x2)?,F(xiàn)在,這種方程式已經(jīng)有了自己的名字:二次方程式。在這里,我又要說一下詞源學(xué),二次方程(英文quadratic equations)的詞根為拉丁語quadratus,意為“平方”。這類方程式常常會出現(xiàn)在建筑學(xué)、幾何學(xué)的實際應(yīng)用問題中,計算地塊的面積或是比例關(guān)系時都需要求解二次方程式,所以,古巴比倫、古埃及、古希臘、古中國和古印度的數(shù)學(xué)家們都不約而同地研究過二次方程式的求解方法,并且獲得了一定的成功。


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