网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

【数学史话】复数的发现——兼谈学习新课标

0
分享至

【数学史话】复数的发现——兼谈学习新课标


在初中我们学习过一元一次方程、一元二次方程,尤其是一元二次方程有个求根公式,简直不要太爽,只要把系数代入公式中,实数根就出来了。

那么一元三次方程有没有这样的求根公式呢?

对于数学家们来讲,研究它是件乐事,在16世纪左右,意大利的几位数学家正在进行这样一项“赛事”,看谁能解出任意一元三次方程。数学家卡尔达诺(1501-1576年)鼓捣出了一个特殊一元三次方程的求根公式:

对于没有二次项的一元三次方程

卡尔达诺得到了一个求根公式

只要系数代进去就行,这公式非常好用。

然而不出意外的,意外来了,有一天,大家遇到了这个方程

我们可以把x=4代入进去,发现左右两边相等,很显然x=4就是这个方程的一个实根,然而怪事出现在公式上,当我们把p=15,q=4代入卡尔达诺的求根公式后

卡bug了,原因是根号里出现了-121,根据负数没有平方根,此方程没有实数根,然而明明刚才还有一个x=4满足这个一元三次方程啊!

卡尔达诺头疼不已,这时,另一位数学家邦贝利(1526-1572年)跳出来了,问题既然出在-121不能开方,那我假装这个东西能开方,会发生什么呢?果然数学家的思维就是与常人不一般。

他首先猜想

然后他发现

若 , 那 么 接 着 算 下 去

同理,另一个立方根也算出来了

现在,卡尔达诺公式里的两个立方根都算出来了,它们相加之后,答案居然真的等于4!

邦贝利解决了卡尔达诺公式的这个bug,只需要引入一个新的数,但当时的数学家们长时间心里没底,这真的是一个数吗?

几十年后,笛卡尔(1596-165年)给它起名叫“虚数”,莱布尼茨(1646-1716年)表示同意,直到欧拉(1707-1783年)给这个数弄了一个符号

实数大家族终于迎来了大扩充,变成了复数。

当然,这事儿没完,用它计算没问题,但谁也不知道这玩意儿有什么物理意义或几何意义。

下面有请数学王子——高斯(1777-1855年)登场!

高斯为首的另一帮数学家们,做了一件直观的事,将一维的数轴,变成了二维的平面,因为数轴上的所有点和实数是一一对应的,新的数在实数轴上找不到它的位置,但说不定在二维平面上,有它存在的空间?

先回到我们初中熟悉的数轴上,以0为原点,左边是负数,右边是正数,一个数乘以-1是什么意思?相当于将这个数代表的点绕原点旋转180°,例如2乘-1,相当于把实数轴上代表2的点绕原点旋转180°,结果不正是-2吗?

而我们知道i×i=-1,即乘以一个-1相当于乘两个i,什么样的两次旋转相当于旋转180°呢?聪明的你一定得到了,不就是两个90°嘛!恭喜你,跟上了高斯的思维,未来的数学家们,请在纸上画图:


规定乘一次i就是逆时针旋转90°,问题迎刃而解了,因此这个二维平面,我们称之为复平面,完美解决了虚数单位i的几何意义,它是一个“旋转”符号。

所谓数学家的思维,正如我们经历的数系扩充,最初在小学低年段,我们学习的是自然数,就是用手指头可以数的那种数,但当遇到减法5-8时,发现数不够减,所以数学家们“造”出了负数;

当遇到2÷3时,整数不够用了,数学家们“拿”出了分数,“造”出了有理数;

当求边长为1的正方形的对角线时,发现有理数也不够用了,所以“造”出了无理数√2,并将一维数轴填满了;

当遇到x²+1=0时,实数根也没了,数学家思维告诉我们,他们继续“造”新的数,让它有解;

高斯证明了,任何一个n次复系数多项式方程,在复数域恰好有n个根:

一定可以写成n个一次因式的乘积:

这个叫代数基本定理,这意味着高斯终结了数系的扩充游戏,以后别再去造新的数了,不需要了。

今天的故事先讲到这里,因为这个故事到高斯这里,对于初中生而言,已经基本到头了,但并不意味着故事的结束,事实上后面的更精彩,欧拉公式的诞生、柯西留数定理、傅立叶变换甚至薛定谔的波动方程,都有i的影子,粒子的相位旋转、干涉叠加、量子纠缠,本质上都是在复平面上进行的。

近年来的高考数学压轴题,考的就是这种数学家思维,但这种思维绝不是靠高中三年培养的,也不是靠初中三年培养的,而是从小学、初中、高中甚至更多时间内培养起来的。所谓贯通培养,是指承担小学、初中、高中教学任务的老师们,始终保持一致的教育理念,显然这个理念是有的,那就是新课标。

现在我们不可能让一位老师从小学一年级一直教到高中毕业,这个跨度太大,只能让各学段分别按新课标要求去理解教材、理解教学,只有这三个学段的老师们保持一致,那学生才有可能形成数学家思维,若按平均每三年换一位数学老师,那么这12年总共学生会接触到4位数学老师,这4位老师理念相同的概率并不算高,但我们现在学习新课标,正是想让这个概率变大一些,期待未来会出现更多有数学家思维的孩子。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
56岁莫文蔚在香港素颜陪德国老公吃米其林,网友懵了

56岁莫文蔚在香港素颜陪德国老公吃米其林,网友懵了

阿废冷眼观察所
2026-10-01 19:38:29
薛之谦演唱会突发屏幕故障,当场叫停演出,在线监督工作人员修屏幕,喊话团队“没有下一次了”

薛之谦演唱会突发屏幕故障,当场叫停演出,在线监督工作人员修屏幕,喊话团队“没有下一次了”

极目新闻
2026-10-02 09:25:42
江苏灌南婚礼翻车!宾客按住喜公公,诱导外地新娘写 “扒灰” 二字

江苏灌南婚礼翻车!宾客按住喜公公,诱导外地新娘写 “扒灰” 二字

尘埃里的看客
2026-10-02 08:58:12
孟非发现妻子偷翻他手机,假装睡着,第二天对妻子说:我们办件事

孟非发现妻子偷翻他手机,假装睡着,第二天对妻子说:我们办件事

笑饮孤鸿非
2026-10-01 22:07:14
俄罗斯光刻机重大突破!

俄罗斯光刻机重大突破!

EETOP半导体社区
2026-09-30 07:37:30
江西一县称因人口出生率下降,教师规模产生剩余,拟研究转岗分流政策,如何看待这一现象?

江西一县称因人口出生率下降,教师规模产生剩余,拟研究转岗分流政策,如何看待这一现象?

莺燕向露谈公考
2026-10-01 22:05:41
终于明白了!为什么余承东所领导的华为鸿蒙智行和张兴海父子之间已经产生裂痕

终于明白了!为什么余承东所领导的华为鸿蒙智行和张兴海父子之间已经产生裂痕

向东的自留地
2026-10-02 12:23:43
46岁高圆圆素颜穿塑料凉拖逛超市,被路人当成买菜大姐

46岁高圆圆素颜穿塑料凉拖逛超市,被路人当成买菜大姐

东方不败然多多
2026-10-01 20:30:13
财政部确认了:10月1日起,我国将对居民购房实施贷款贴息,聚焦首套刚需,单户所购住房建筑面积不超过120平方米、购房价格不超过150万元

财政部确认了:10月1日起,我国将对居民购房实施贷款贴息,聚焦首套刚需,单户所购住房建筑面积不超过120平方米、购房价格不超过150万元

吉刻新闻
2026-09-29 20:35:46
北理工事件再发酵!裴轶付出了代价,在公安大学任职的丈夫被曝光

北理工事件再发酵!裴轶付出了代价,在公安大学任职的丈夫被曝光

平老师666
2026-10-01 22:23:27
东航回应了!确认空姐被殴打,更多内幕曝光,闹事男疑似全身而退

东航回应了!确认空姐被殴打,更多内幕曝光,闹事男疑似全身而退

娱圈办事处
2026-10-01 15:54:35
“足够先进,可以展示”

“足够先进,可以展示”

都市快报橙柿互动
2026-10-01 18:13:31
中国经济放缓的主要原因:美国经济衰退拖累了全球

中国经济放缓的主要原因:美国经济衰退拖累了全球

小筑财经
2026-10-02 09:50:08
一年向12315举报1520次!某地市监局明确表态:终止对其投诉的调解处理!

一年向12315举报1520次!某地市监局明确表态:终止对其投诉的调解处理!

闪电新闻
2026-10-01 14:47:03
普京:若领土遭袭,考虑动用全武库,网友:俄罗斯用常规武器已经打不赢乌克兰了

普京:若领土遭袭,考虑动用全武库,网友:俄罗斯用常规武器已经打不赢乌克兰了

东方豪侠
2026-10-02 09:55:27
校方回应“音乐教师在泰国失联”:家属已报警,全力配合警方立案侦查

校方回应“音乐教师在泰国失联”:家属已报警,全力配合警方立案侦查

齐鲁壹点
2026-10-02 11:58:09
都是38岁,乐福没人要,康利年薪245万,KD4390万,库里太狠了

都是38岁,乐福没人要,康利年薪245万,KD4390万,库里太狠了

大西体育
2026-10-02 15:25:44
六省2026年养老金计发基数已经出炉,最高涨292元,最低仅52元。

六省2026年养老金计发基数已经出炉,最高涨292元,最低仅52元。

碎月导师
2026-10-02 07:00:05
我国最长海底公路隧道完成盾构掘进

我国最长海底公路隧道完成盾构掘进

新华社
2026-10-02 13:03:03
殡葬师提醒:亲人刚咽气的10分钟内,必须做对的4件事

殡葬师提醒:亲人刚咽气的10分钟内,必须做对的4件事

宝哥精彩赛事
2026-10-01 21:27:18
2026-10-02 18:27:00
爱数学做数学
爱数学做数学
一线数学教师班主任
635文章数 1368关注度
往期回顾 全部

教育要闻

黑龙江物理省赛放榜,德强6人进省队,哈三中省一数量全省领先!

头条要闻

香港名媛蔡天凤碎尸案细节披露:凶手提前购买切肉机

头条要闻

香港名媛蔡天凤碎尸案细节披露:凶手提前购买切肉机

体育要闻

30天30队·快船:被莱纳德挂在半空的未来?

娱乐要闻

奚梦瑶晒四太豪礼!22只龙凤镯近300万

财经要闻

珠宝黑马爆雷,老板全家跑路泰国!

科技要闻

“分手”15天后,华为与赛力斯签约新五年

汽车要闻

2027款极氪001将于明年一季度上市 现款猎装同步推新配色

态度原创

亲子
艺术
游戏
公开课
军事航空

亲子要闻

2岁幼儿吃银鳕鱼汞中毒:包装标注“儿童装”,盒马称符合国标,生产商称“并非婴幼儿专用食品”

艺术要闻

美国发现南宋“战神”真迹!这才是楷书“金字塔尖”,欧颜柳赵也比不过

PS5 Slim推出新型号!目前仅《金刚狼》限定版发现

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

胡塞武装:24小时内沙特空袭也门47次

无障碍浏览 进入关怀版