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数学中为什么禁止 1 除以 0 ?

2024-07-18科学

古代数学主要服务于实际的生产生活,由于复数在现实世界中没有对应之物,因而遭到否定。比如中国古代数学家赵爽在解方程时,自然而然地排除了复数系数和复数根。

直至 19 世纪,数学家为整数奠定了逻辑基础后,人类才逐步完全接纳了复数。 摒弃负数不能开根号的固有观念后,数学体系变得更为优雅、自洽且实用。

有了复数,在进行减法运算时无需担忧被减数和减数的大小,进行积分运算时也不必顾虑上限小于下限的情况。 对于复数开根号,不再存在符号的问题,任何时候只需将复数的长度开根号、角度减半就能得到其根号。

在复数领域,n 次方程必定有 n 个根(可能存在重合),这便是代数基本定理。复数从理论上拓展了实数的基础,使其结构更优美,在量子力学、交流电信号处理等领域有着极其重要的实用价值。

倘若将 1 除以 0 定义为 b,那么 b 乘以 0 就等于 1。若两边再同时乘以任意数 a,会得出 a 等于 1 的结论,进而导致零等同于 1。如此一来,整个数学大厦将会坍塌,最终只剩下零和 b 这两个数学对象,其余数字都不复存在。

例如,假设 1÷0 = 5,那么 5×0 应该等于 1,但我们都知道 0 乘以任何数都等于 0,而不是 1,这就产生了无法调和的矛盾。

人类打破曾经视为金科玉律的原则时,尽管会遭遇阻碍,但能够推动知识体系的进步。例如,打破不能用二减三的规则从而有了复数,打破所有数都是有理数的规则从而开创了无理数,打破负一不能开根号的规则从而得到了复数和复平面,打破平行线一定不能相交的公理从而有了非欧几何,后者成为相对论的数学基础。

创新和对规则的颠覆需要兼容原有的体系,并且在新的定义中提供全新的知识和优美的结构,否则就可能沦为胡言乱语。