1 1=2(one plus one equals two),是初等數(shù)學(xué)范圍內(nèi)的數(shù)值計算等式。
早在蒙昧?xí)r代,人們就在對獵物的儲藏與分配等活動中,逐漸產(chǎn)生了數(shù)的感覺。當(dāng)一個原始人面對放在一起的3只羊、3個蘋果或3支箭時,他會朦朧地意識到其中有一種共性??梢韵胂?,他此時會是多么地驚訝。但是,從這種原始的感覺到抽象的“數(shù)”的概念的形成,卻經(jīng)過了極其漫長的時間。
一般認為,自然數(shù)的概念的形成可能與火的使用一樣古老,至少有著30萬年的歷史。我們無法考證,人類究竟在什么時候發(fā)明了加法,因為那時沒有足夠詳細的文獻記錄(也許文字也剛剛誕生)。但加法的出現(xiàn)無疑是為了在交換商品或戰(zhàn)俘時進行運算。至于乘法和除法,則必定是在加減法的基礎(chǔ)上搞出來的。而分數(shù)應(yīng)該是出于分割物體的需要。
應(yīng)該說,當(dāng)某個原始人第一個意識到1 1=2,進而認識到兩個數(shù)相加得到另一個確定的數(shù)時,這一刻是人類文明的偉大時刻,因為他發(fā)現(xiàn)了一個非常重要的性質(zhì)——可加性。這個性質(zhì)及其推廣正是數(shù)學(xué)的全部根基,它甚至說出數(shù)學(xué)為什么用途廣泛的同時,告訴我們數(shù)學(xué)的局限性。
人們知道,世界上存在三類不同的事物。一類是完全滿足可加性的量。比如質(zhì)量,容器里的氣體總質(zhì)量總是等于每個氣體分子質(zhì)量之和。對于這些量,1 1=2是完全成立的。
第二類是僅僅部分滿足可加性的的量。比如溫度,如果把兩個容器的氣體合并在一起,則合并后氣體的溫度就是原來氣體各自溫度的加權(quán)平均(這是一種廣義的“相加”)。但這里就有一個問題:溫度這個量不是完全滿足可加性的,因為單個分子沒有溫度。
世界上還有一些事物,他們是徹底拒絕可加性的,比如生命世界里的神經(jīng)元。我們可以將容器里的分子分到兩個容器,使得每個容器里的氣體仍然保持有宏觀量——溫度、壓強等。但是,我們對神經(jīng)元不能這樣做。我們每個人都會產(chǎn)生幸福、痛苦之類的感覺。生物學(xué)告訴我們,這些感覺是由神經(jīng)元產(chǎn)生的。但是,我們卻不能說,某個神經(jīng)元會產(chǎn)生多少幸福或痛苦。不僅每個神經(jīng)元并不具備這種性質(zhì),而且我們也不能將大腦劈成兩半,使得每個半球都有幸福或者痛苦感。神經(jīng)元不是分子——分子可以隨時分開或者重組,神經(jīng)元具有協(xié)調(diào)性,一旦將他們分開,生命就會終結(jié),不可能再組合。
數(shù)學(xué)上,還有另一個非常有名的“(1 1)”,它就是著名的哥德巴赫猜想。盡管聽起來很神秘,但它的題面并不費解,只要具備小學(xué)三年級的數(shù)學(xué)水平就就能理解其含義。原來,這是18世紀時,德國數(shù)學(xué)家哥德巴赫偶然發(fā)現(xiàn),每個不小于6的偶數(shù)都是兩個奇素數(shù)之和。例如3 3=6;11 13=24。他試圖證明自己的發(fā)現(xiàn),卻屢戰(zhàn)屢敗。1742年,無可奈何的哥德巴赫只好求助當(dāng)時世界上最有權(quán)威的瑞士數(shù)學(xué)家歐拉,提出了自己的猜想。歐拉很快回信說,這個猜想肯定成立,但他無法證明。
有人立即對一個個大于6的偶數(shù)進行了驗算,一直算到了330000000,結(jié)果都表明哥德巴赫猜想是對的,但就是不能證明。于是這道每個不小于6的偶數(shù)都是兩素數(shù)之和[簡稱(1 1)]的猜想,就被稱為“哥德巴赫猜想”,成為數(shù)學(xué)皇冠上一顆可望不可即的“明珠”。
1956年底,已先后寫了四十多篇論文的數(shù)學(xué)家陳景潤調(diào)到科學(xué)院,開始在華羅庚教授指導(dǎo)下專心研究數(shù)論。1966年5月,他像一顆璀璨的明星升上了數(shù)學(xué)的天空,宣布他已經(jīng)證明了(1 2),即“充分大的偶數(shù)都能表示為一個素數(shù)及一個不超過二個素數(shù)的積之和”。
1973年,關(guān)于(1 2)的簡化證明發(fā)表了,他的論文轟動了全世界數(shù)學(xué)界。他的成果被國際公認為“陳景潤定理”,也叫“陳氏定理”。
陳景潤(1933.5-1996.3)是中國現(xiàn)代數(shù)學(xué)家。1933年5月22日生于福建省福州市。1953年畢業(yè)于廈門大學(xué)數(shù)學(xué)系。由于他對塔里問題的一個結(jié)果作了改進,受到華羅庚的重視,被調(diào)到中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所工作,先任實習(xí)研究員、助理研究員,再越級提升為研究員,并當(dāng)選為中國科學(xué)院數(shù)學(xué)物理學(xué)部委員。
1996年3月19日13時10分,因肺炎并發(fā)癥逝世,享年62歲。
皮亞諾公理,也稱皮亞諾公設(shè),是數(shù)學(xué)家皮亞諾(皮阿羅)提出的關(guān)于自然數(shù)的五條公理系統(tǒng)。根據(jù)這五條公理可以建立起一階算術(shù)系統(tǒng),也稱皮亞諾算術(shù)系統(tǒng)。
皮亞諾的這五條公理用非形式化的方法敘述如下:
①0是自然數(shù);
②每一個確定的自然數(shù)a,都有一個確定的后繼數(shù)x',x'也是自然數(shù)(一個數(shù)的后繼數(shù)就是緊接在這個數(shù)后面的數(shù),例如,1的后繼數(shù)是2,2的后繼數(shù)是3等等);
③如果b、c都是自然數(shù)a的后繼數(shù),那么b=c;
④0不是任何自然數(shù)的后繼數(shù);
⑤設(shè)S是自然數(shù)集的一個子集,且(1)0屬于S;(2)如果n屬于S,那么n'也屬于S。
(這條公理也叫歸納公理,保證了數(shù)學(xué)歸納法的正確性)
更正式的定義如下:一個戴德金-皮亞諾結(jié)構(gòu)是這樣的一個三元組(X,x,f),其中X是一個集合,x為X中一個元素,f是X到自身的映射,且符合以下條件:
x不在f的值域內(nèi);
f為一個單射;
若x∈A且"a∈A蘊涵f(a)∈A",則A=X。
該結(jié)構(gòu)所引出的關(guān)于自然數(shù)集合的基本假設(shè):
1.N(自然數(shù)集)不是空集;
2.N到N內(nèi)存在a→a'的一一映射;
3.后繼元素映射的像的集合是N的真子集,事實上即N{1}(或N{0});
4.若N的子集P既含有非后繼元素的元素,又有含有子集中每個元素的后繼元素,則此子集與N相等。
1 1的證明:
∵1 1的后繼數(shù)是1的后繼數(shù)的后繼數(shù),即3,
∴2的后繼數(shù)是3。
根據(jù)皮亞諾公理③,可得:1 1=2。
2004年10月,一條科學(xué)新聞在國內(nèi)的媒體上不脛而走。
原來,英國著名的科學(xué)雜志《物理世界》此前舉行了一場別開生面的評選活動,邀請世界各地的讀者選出自己心目中最偉大、最喜愛的公式、定理或定律。結(jié)果,讓很多人意外的是,1 1=2這個連小學(xué)生都知道的基本數(shù)學(xué)公式不僅入選,而且還高居第一。一個加拿大讀者說出了他的理由:“這個最簡單的公式有著一種妙不可言的美感?!贝舜卧u選活動的主持者則這樣評價到:“一個偉大公式的力量不僅論述了宇宙的基本特性并傳達了標(biāo)志性的信息,而且還在盡力孕育出更多自然界。
無獨有偶,1971年,尼加拉瓜發(fā)行了一套紀念郵票《改變世界面貌的十個數(shù)學(xué)公式》,排在第一。
然而正是這個“1 1=2”。
從無窮小量和運算符號括號"()"來證明1 1=2.證明如下:
假設(shè)0(這里的0為無窮小量)0=1,
那么(0 0)(0 0)=1 1,
符合加法運算定律(合并同類項和結(jié)合律),
則有1 1=2。
三段式證明如此。