Айзек Азимов - Числа: от арифметики до высшей математики

Если (-1/2 + 1/2√3i) — один из кубических корней +1, то это значит, что (-1/2 + 1/2√3i) 3или (-1/2 + 1/2√3i) × (-1/2 + 1/2√3i) × (-1/2 + 1/2√3i) равно 1. Умножение можно произвести по той методике, которая описана выше.

Два промежуточных мнимых результата можно сложить, сумма чисел (-1/4√3i) и (-1/4√3i) равна (-1/2√3i). Что касается 3/4i 2, то это действительное число, равное -3/4.Теперь сложим два действительных составляющих этого выражения: 3/4 - 1/4 = -1/2, таким образом, результат умножения -1/2 - 1/2√3i.

Этот результат нужно снова умножить на (-1/2 + 1/2√3i).

Две мнимые составляющие этого выражения (-1/4√3i) и (-1/4√3i) в сумме дают 0, так что ими можно пренебречь. Число 3/4i 2является действительным числом, так как i 2= -1, то есть 3/4i 2= -3/4. Добавим к 3/4оставшийся промежуточный результат 1/4 и получим 1. Итак, (-1/2 + 1/2√3i) 3равно 1.

Точно так же можно возвести в третью степень число (-1/2 - 1/2√3i).

(-1/2 - 1/2√3i) × (-1/2 - 1/2√3i) × (-1/2 - 1/2√3i) = 1.

Точно так же можно показать, что у числа -1 есть три корня третьей степени, два из которых комплексные, по три кубических корня и у чисел i и -i.

На нашем «шахматном» шаблоне можно изобразить также третью линию, или ось, так, чтобы помимо направлений север, юг, запад и восток у нас появились направления «внутрь» и «наружу». Таким образом, наша «шахматная доска» из плоской фигуры превращается в объемную фигуру. Теперь точно так же, как в свое время мы получили сетку на плоскости, мы можем составить мозаику из кубиков.

Третья ось состоит из гипермнимых чисел, которые обозначаются буквой j. На гипермнимой оси также имеется положительная и отрицательная области, где, соответственно, расположены положительные (+1j, +2j, +3j, +4j, +5j, +6j и т. д.) и отрицательные (-1j, -2j, -3j, - 4j, -5j, -6j и т. д.).

Теперь числа располагаются в пространстве, на точках пересечения плоскостей север—юг, запад—восток и «внутрь» и «наружу». При пересечении этих плоскостей образуются кубы, принцип тот же, что и при образовании квадратов на нашем «шахматном шаблоне». Каждая точка такого пространства имеет собственные координаты, которые являются гиперкомплексным числом.

Нам легко представить себе три оси в пространстве, поскольку это привычные три измерения: длина, ширина и высота. Однако математики оперируют с большим количеством измерений. Иногда они работают даже в таких системах, где точное количество осей не определено. Тогда говорят об «n-мерном пространстве», где n — это любое число.

Каждый, кто начинает думать о числах, неизбежно приходит к выводу, что существует огромное количество чисел, и совершенно непонятно, как можно его выразить. На помощь приходит поэзия. Мы можем сказать, что чисел так же много, как песчинок в пустыне, как капель воды в океане или как мерцающих звезд на небе. Но для математика такие сравнения бесполезны. С точки зрения математика, мы можем к любому числу прибавить единицу и получить следующее число, затем к полученному числу прибавить единицу и так далее. Поскольку в математике нет никаких ограничений для операций сложения, можно сложить любые два числа, и, следовательно, этот процесс бесконечен. Таким образом, мы можем взять сколь угодно большое число, прибавить

к нему единицу и получить еще большее. Мы можем представить себе число, протяженность которого равна расстоянию до дальней звезды, но и к нему можно прибавить единицу и получить еще большее число.

Последовательность целых чисел, записанных в порядке 1, 2, 3…, представляет собой бесконечность, то есть нечто, не имеющее конца. То есть, когда мы пишем 1, 2, 3…, это означает «1, 2, 3 и далее бесконечно».

Точно таким же образом мы можем записать ряд целых отрицательных чисел: -1, -2, -3…, что будет означать «-1, -2, -3 и далее бесконечно» или ряд положительных или отрицательных мнимых чисел: +1i, +2i, +3i… или -1i, -2i, -3i…

А теперь давайте запишем другой ряд чисел, ряд четных чисел: 2, 4, 6, 8 и так далее. Сколько существует четных чисел?

С точки зрения обычного здравого смысла можно было бы сказать, что четных чисел вдвое меньше, чем всех целых чисел, вместе взятых, поскольку целые числа делятся на четные и нечетные. Скажем, из первых десяти чисел пять — четные, а пять — нечетные.

Но это не так. Ведь количество целых чисел бесконечно, и мы не можем говорить о «половине бесконечности».

Рассмотрим ряд четных чисел с другой точки зрения. Какое бы сколь угодно большое число мы ни выберем, к нему всегда можно прибавить 2 и получить число еще большее. Даже если мы представим себе гигантское четное число, цифры которого протянулись до самой дальней звезды, мы и к нему сможем прибавить 2 и получить еще большее число.

То же самое можно сказать о ряде нечетных чисел 1, 3, 5, 7… и о ряде чисел, кратных 5, то есть 5, 10, 15, 20, 25…, и о ряде чисел, кратных миллиону, то есть 1 000 000, 2 000 000, 3 000 000… Все эти ряды бесконечны, и, представляя себе такие ряды, вы составляете представление о понятии «бесконечность».

Тем не менее мое объяснение может вас не удовлетворить. Ведь кажется настолько очевидным, что четных чисел должно быть вдвое меньше, чем целых чисел вообще, пусть даже их число будет бесконечно, а чисел, кратных миллиону, должно быть в миллион раз меньше, чем всех целых чисел.

Но далеко не всегда то, что кажется очевидным, соответствует истине. Казалось бы, очевидно, что, если человек стоит лицом к северу, его спина обращена к югу. Кто же станет возражать против этого? Но если он стоит на Южном полюсе, то это не соответствует истине. И его лицо, и его спина будут обращены на север.

Давайте все-таки разберемся с числами. Давайте выясним, какое соотношение существует между четными числами и всем количеством целых чисел. Как же это сделать, ведь целых чисел бесконечное количество? Тем не менее метод для такого подсчета существует.

Как мы обычно считаем объекты? Мы приписываем каждому объекту определенное число из возрастающей последовательности целых чисел. Первый объект — объект номер один, второй — номер два и так далее. Если последний объект оказывается объектом номер десять, значит, у нас всего десять объектов.

А можно ли считать, не пользуясь числами? Это почти то же самое, что спросить: «А можно ли считать, не считая?» Как ни странно, это возможно.

Представим себе, что вокруг нас стоит толпа кричащих детишек, которым мы должны раздать леденцы. Мы не знаем ни сколько детей требует леденцов, ни сколько леденцов у нас в коробке. Но делать нечего, и мы начинаем раздавать леденцы — по одному каждому малышу. Если к тому моменту, когда коробка опустеет, каждый малыш будет сосать вкусный леденец, значит, количество леденцов равнялось количеству детей. Если к тому моменту, когда мы одарим всех малышей леденцами, у нас в коробке еще останутся леденцы, значит, количество леденцов больше количества детей. Если же, напротив, у нас не хватит леденцов на всех, это будет означать, что детей больше, чем леденцов.