数学大全之数字实际上是几何变换, 从第一原理重新发现复数

我希望你忘记你认为你知道的关于数字和常见运算(如加法和乘法)的一切。

在本文中,我们将从稍微不同的角度思考问题,但您很快就会看到,通过这种思维方式,实数和复数将像自然数一样自然。

这将说明为什么复数并不像某些人想象的那样虚幻。我们将看到为什么我们需要复数,它们是如何自然地到达的,以及为什么我们在某种意义上不需要任何其他数字。

对称与变换

对称性是什么意思?

对称性是指某种使对象保持不变的操作。

如果将一个正方形旋转90 度,看起来就像什么也没做。所以正方形具有 90 度的旋转对称性。同样,圆有无限多个旋转对称性。

如果将一条线沿该线的方向移动一段长度,它看起来也就像我们没有对其进行任何操作一样。这称为平移对称性。

您还可以放大或缩小平面上的任何几何图形,图形看起来是一样的。这称为膨胀。

形状的旋转、平移、反射、膨胀等动作是平面的主要几何变换。

将数字和运算重新定义为点和几何变换

既然你已经忘记了所有关于数字和运算的知识,那么让我们用新获得的几何语言重新定义它们。

现在想象一个中间有一条水平线的平面(无论这意味着什么),是的,让我们将数字 0 放在中间,将正(实)数放在 0 的右侧,将负实数放在 0 的左侧通常的顺序。

这是我们大多数人在学校早餐吃的熟悉的数字线,但我保证它会变得有趣一点。

现在,我们有了一个几何对象:一条线。我们知道一条线有一些有趣的对称性和变换,例如平移。那么,将线平移或移动数字x会对数字产生什么影响呢?

如果我们将该行移动x,那么数字0将

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