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欧拉与函数:给规则起个名字

如果说有谁配得上“现代记号的建筑师”这个称号,那就是莱昂哈德·欧拉。他写下的数学篇幅比历史上任何人都多,而且他是为了让人读懂而写的:他的书被用来教学,他采用的约定也随着这些书传播开来。许多仿佛自古就有的符号,都经过了他的手。 莱昂哈德·欧拉(1707–1783),雅各布·伊曼纽尔·汉德曼绘于 1753 年。雅各布·伊曼纽尔·汉德曼 · 公有领域 1706威廉·琼斯用 $\pi$ 表示圆周与直径之比,几乎没有人注意到。 1727在一份手稿中,欧拉把对数为 $1$ 的那个数叫作 $e$。 1734欧拉写下 $f\!\left(\frac{x}{a}+c\right)$:函数记号 $f(x)$ 诞生了。 1736在《力学》中,欧拉采用了琼斯的 $\pi$;随着《无穷分析引论》(1748),这个符号成了标准。 1755欧拉用 $\Sigma$ 表示求和。 1777欧拉用 $i$ 表示 $\sqrt{-1}$,这篇文章直到他去世后才发表。 这些符号的共同点是:每一个都把一段描述变成了一个名字。在欧拉之前,要谈论一个函数,就得描述它的规则(“由 $x$ 平方再加一所构成的量”)。有了 $f(x)$ 之后,规则有了一个简短的名字,而名字可以进入别的计算:$f(x+h)-f(x)$、$f(g(x))$、$f'(x)$。函数变成了一个对象,可以像过去操作数那样操作它。关于每个符号的更多细节,请看欧拉留给我们的语言。 函数:一个带空位的句子 “函数”(function)一词来自拉丁文 functio,源自动词 fungi:完成一项任务,履行一项职责。函数就是做某件事的东西。这个符号花了将近一百年才走到 $f(x)$: 年份 作者 函数的样子 1637 勒内·笛卡儿 $x$ 与 $y$ 之间的一个方程,与一条曲线相联系 1667 詹姆斯·格雷戈里 quantitas,由其他量得到的量 1671 艾萨克·牛顿 流量,流动的量 1673 莱布尼茨 functio 这个词 1718 约翰·伯努利 $\varphi x$,没有括号 1734 莱昂哈德·欧拉 $f\!\left(\frac{x}{a}+c\right)$,带括号 1837 彼得·古斯塔夫·勒热纳·狄利克雷 现代定义:任何一种对每个 $x$ 对应唯一 $y$ 的规则 本站早期的文章提出过一种有趣的读函数的方式:把它读成一个带空位的句子。“加倍”这个函数就是

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从穷竭法到积分:Σ、∫ 与圆周率 π

算长方形的面积很容易:底乘高。三角形也不难:那个积的一半。麻烦从图形是弯曲的时候开始。用小正方形铺满一个圆,总会多出或缺少一块。两千年来,数学家们一直用同一个想法对付这个问题:用越来越小的直线图形去逼近曲线。变的是书写这个想法的方式。 阿基米德围住了圆 大约公元前 250 年,在叙拉古,阿基米德在一个圆里画了一个六边形,又在圆外画了一个六边形。圆周长介于两个六边形的周长之间。然后他把边数加倍:$12$、$24$、$48$、$96$。用 96 边形,他得到 $$3\tfrac{10}{71}<\pi<3\tfrac17,$$也就是 $3.1408\ldots<\pi<3.1428\ldots$ 这种方法被十七世纪的数学家称为穷竭法,它把曲线图形与直线图形之间的差“穷竭”掉。这是一种极限的思想,比“极限”这个词早了两千年。但阿基米德没有一种书写来表达它:每个问题都需要一个新的论证,用句子和图形写成,而通向无穷的那一步,则用双重反证法回避掉了。 所罗门王的铜海 《圣经》描述了所罗门圣殿里一个巨大的铜盆:“他又铸一个铜海,样式是圆的,高五肘,径十肘,围三十肘”(列王纪上 7:23)。直径 $10$,周长 $30$:$\pi$ 等于 $3$。本站早期的文章讨论过这个测量是否有误。这个数字有不错的解释:盆沿有厚度,绳子可能绕在沿的里面,而且尺寸是取整的。对需要订购青铜的人来说,$3$ 是一个完全够用的 $\pi$。 给这个数一个名字 几个世纪里,圆周与直径之比都没有符号,只能用文字描述:“乘以直径就得到圆周的那个量”。1706 年,威尔士教师威廉·琼斯用了希腊字母 $\pi$,它是 periphéreia(周边、一圈)的首字母。欧拉在他的书里采用了这个字母,它便成了标准。有了名字,这个数的地位就变了:它不再是两段长度之间的关系,而成了一个可以相加、平方、放进公式(比如 $A=\pi r^2$)的对象。 开普勒与酒桶 1613 年,约翰内斯·开普勒第二次结婚,为婚礼买了酒。酒商量酒桶容积的方法是:把一根量杆从桶口插到对面的角落,读出被酒浸湿的长度。已经发现行星运动定律的开普勒觉得这个方法可疑:形状不同的酒桶可能对角线相同而容积不同。1615 年,他出版了《酒桶的新立体几何》(Nova stereometria doliorum vinariorum),把酒桶切成极薄的薄片,再把它们的体积加起来。 二十年后,意大利人博纳文图拉·卡瓦列里用不可分量把这个想法系统化:平面图形由无穷多条线组成,立体由无穷多个面组成。这个方法强大而危险。把无穷多个厚度为零的东西加起来,得到的是什么? 变成积分的和 答案随莱布尼茨而来,而它首先是一个书写上的答案。把曲线 $y=f(x)$ 下方、$a$ 与 $b$ 之间的区域切成 $n$ 个宽为 $\Delta x$ 的长方形。近似面积是 $$A\approx f(x_1)\,\Delta x+f(x_2)\,\Delta x+\cdots+f(x_n)\,\Delta x=\sum_{k=1}^{n} f(x_k)\,\Delta x.$$长方形越细,近似越好。取极限,当宽度趋于零时,和就变成 $$A=\int_a^b f(x)\,dx.$$把两个公式并排看。结构是一样的:一个求和号,一个高度 $f$,一个宽度。变的是字母。希腊字母 $\Sigma$,即“和”(sum)的 S,变成了拉丁的 $\int$,也是一个 S,只是拉长了。希腊字母 $\Delta$,即“差”(difference)的 D,变成了拉丁的 $d$。希腊字母标记有限,拉丁字母标记无穷小,而从一个世界到另一个世界的过渡,就画在字母表的更换之中。本站早期的文章称之为 mirabilis abbreviatio:积分的写法记得它从哪里来。看着 $\int f(x)\,dx$ 的人,仍然能看到高为 $f(x)$、宽为 $dx$ 的长方形。

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莱布尼茨对牛顿的点:能动的记号与贫瘠的记号

1675 年 10 月 29 日,在巴黎,莱布尼茨正在把一条曲线下面无穷多的细条加起来,他厌倦了在每个和式前面写 omnia(“全部”)。他在笔记本上记下: Utile erit scribi ∫ pro omnia.(用 ∫ 代替“全部”来写,将会很有用。) — 莱布尼茨,1675 年 10 月 29 日的手稿 $\int$ 是一个拉长的 S,取自 summa(和)。两周后,在同一本笔记里,出现了 $d$,取自 differentia(差),表示无穷小的差。有了这两个符号,莱布尼茨手里就有了一套表达整个微积分的语言。艾萨克·牛顿早在十年前就在剑桥得到了同样的思想,但写法不同。要看一个符号的形状如何改变人们能用它做的事,这是历史上最好的例子。 艾萨克·牛顿(1643–1727):流数与点。戈弗雷·内勒 · Wikimedia Commons · 公有领域 戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(1646–1716):微分与 ∫。克里斯托夫·伯恩哈德·弗兰克 · Wikimedia Commons · 公有领域 同一个想法的两种写法 牛顿想的是随时间流动的量,比如运动物体的位置。他把这个量叫作流量,把它的变化率叫作流数,并开始在字母上方加一个点来标记流数:如果流量是 $x$,流数就是 $\dot{x}$;流数的流数是 $\ddot{x}$。 莱布尼茨想的是相邻两个值之间极小的差。$x$ 的差是 $dx$,$y$ 的差是 $dy$,变化率就是两者之比 $\dfrac{dy}{dx}$。并排来看: 想表达的意思 牛顿 莱布尼茨 $y$ 的变化率 $\dot y$ $\dfrac{dy}{dx}$ 相对于什么? 时间(隐含) $x$(写明) 二阶导数 $\ddot y$ $\dfrac{d^2y}{dx^2}$ 细条之和 没有固定符号 $\displaystyle\int y\,dx$ 链式法则 记住法则 $\dfrac{dz}{dx}=\dfrac{dz}{dy}\cdot\dfrac{dy}{dx}$ 牛顿的点更短。但请注意它隐藏了什么:对哪个变量求导。对牛顿来说,那总是时间,这在他的物理学里是对的。当一个量依赖的不是时间,或者同时依赖好几个量时,点就没有地方说明这一点了。

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+、−、× 和 =:符号小史

数学里最简单的符号,也是最年轻的。欧几里得从没写过 $+$,花拉子米从没写过 $=$。已经使用字母的韦达,仍然把 aequatur(等于)完整地写出来。孩子在一年级学到的运算符号,几乎全都诞生于十五世纪末到十七世纪末的欧洲,前后大约两百年。 1489约翰内斯·维德曼在莱比锡的一本商业算术书中印出 $+$ 和 $-$。 1525克里斯托夫·鲁道夫在他的代数书《未知数》(Coss)中用 $\surd$ 表示平方根。 1557罗伯特·雷科德在《砺智石》中发明了 $=$。 1591弗朗索瓦·韦达用字母表示已知量和未知量。 1631威廉·奥特雷德用 $\times$ 表示乘法;同年,托马斯·哈里奥特的遗著出版,书中有 $<$ 和 $>$。 1637勒内·笛卡儿把幂写成指数:$x^3$、$x^4$。 1659约翰·拉恩用 $\div$ 表示除法。 1698莱布尼茨提议用点 $\cdot$ 表示乘法,以免把 $\times$ 和字母 $x$ 弄混。 加号和减号:仓库里的记号 $+$ 和 $-$ 最早出现在印刷品中是在 1489 年,约翰内斯·维德曼为商人写的一本算术手册里。在那里,它们还不完全表示运算,而是标记多出和短缺。一箱货物比应有的重量重,就标 $+$;轻了,就标 $-$。最被接受的假说是:$+$ 是拉丁文 et(“和”)的缩写,写得快了,就成了一个十字。 在此之前,意大利人写 $\bar{p}$(代表 plus)和 $\bar{m}$(代表 minus)。这种带横线的字母和德国的符号并存了一百多年。 等号:一对孪生的平行线 罗伯特·雷科德是伦敦的一位医生,他用英文写数学书,而那个时代几乎一切都用拉丁文写。1557 年,在《砺智石》(The Whetstone of Witte)一书中,他厌倦了在每一行都写 is equalle to(等于),于是解释道: 《砺智石》(1557)中雷科德介绍等号的段落。注意那两条平行线有多长。罗伯特·雷科德 · Wikimedia Commons · 公有领域 为了避免一遍遍重复“等于”这几个字,我将像在工作中常做的那样,放上一对平行线,也就是一样长的孪生线,像这样:═══,因为没有任何两样东西能比它们更相等了。 — 罗伯特·雷科德,《砺智石》(1557) 雷科德的理由是一个符号学的理由,而且是个好理由:这个符号像它所代表的东西。两条完全一样的线,画出了“相等”这个概念本身。紧接着,他用这个新符号写下了第一个方程: 第一个带等号的方程,今天写作 14x + 15 = 71。紧跟在 14 后面的符号是雷科德表示未知数(“根”)的记号,ϑ 表示普通的数。罗伯特·雷科德,1557 · Wikimedia Commons · 公有领域 雷科德的符号花了很长时间才胜出。八十年后,笛卡儿仍在用另一个符号;在欧洲大陆,$=$ 有时还被用来表示差或平行。直到 1700 年前后,莱布尼茨和他的追随者采用了它,它才成为标准。

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从文字到字母:代数学会了书写

大约公元 820 年,在巴格达,穆罕默德·伊本·穆萨·花拉子米在“智慧宫”工作,那是哈里发马蒙的大图书馆。他在那里写了一本书名很长的书:《还原与对消计算概要》。“还原”在阿拉伯语里是 al-jabr,“代数”(algebra)一词就从这里来。 花拉子米关于 al-jabr 与 al-muqābala 一书的手抄本扉页。花拉子米 · Wikimedia Commons · 公有领域 整本书里没有一个符号。没有 $x$,没有 $+$,也没有 $=$。连数都是用文字写出来的。其中最有名的一个问题是这样的: 一个平方加上它的十个根,等于三十九迪拉姆。取根数的一半,是五;让它自乘,得二十五;加到三十九上,得六十四。取它的根,是八,减去根数的一半,也就是五。剩下三:这就是所求平方的根。 — 花拉子米,约 820 年(意译) 今天我们会把这个问题写成 $x^2+10x=39$,答案写成 $x=3$。花拉子米的做法正是我们所说的配方法,而他用一个图形来论证:一个边长为 $x$ 的正方形,靠上两个 $5\times x$ 的长方形,再补上一个 $5\times5$ 的小正方形,就拼成一个边长为 $x+5$、面积为 $39+25=64$ 的大正方形。 花拉子米的图形:边长为 $x$ 的正方形与两个 $5\times x$ 的长方形之和是 $39$;面积为 $25$ 的小正方形把它补成面积 $64$、边长 $8$ 的正方形。根据本站早期文章为本书绘制的教学示意图。 这种写法叫作文字代数:一切都用句子表达。它行得通,但有代价。每个问题都被讲成一个带具体数字的小故事,读者得自己发现同样的做法也适用于别的数。一般的规则藏在例子里面。

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正弦、直角边与斜边:三角学和它失落的名字

几乎每个学生都学会了说“正弦”“余弦”“直角边”和“斜边”,却不知道这些词原本是什么意思。它们是要背的标签,就像陌生城市里的街名。但每个词都曾经是一段描述,有些还藏着意想不到的故事。比如正弦(sine),就是一次翻译失误的产物。 拉丁文里的毕达哥拉斯 几何学中最著名的定理,在很长一段时间里,是一句关于真正的正方形的话——画在三角形各边上的正方形。本站早期的文章按照中世纪的方式把它写成: $$\textit{quadratum lateris } a \textit{ et quadratum lateris } b \textit{ aequalis quadratum lateris } c,$$“边 $a$ 上的正方形与边 $b$ 上的正方形之和,等于边 $c$ 上的正方形”。边长为 $3$、$4$、$5$ 时,正方形的面积是 $9$、$16$、$25$,而 $9+16=25$ 确实成立。边长 $6$、$8$、$10$:$36+64=100$。今天我们写作 $$a^2+b^2=c^2,$$而指数 $^2$ 的名字本身仍带着它所出自的图形:“平方”。这个定理并不只属于希腊。约公元前 1800 年的一块巴比伦泥板“普林顿 322”列出了满足这一关系的数组;中国的《周髀算经》用一幅叫作“勾股”的图证明了 $3$、$4$、$5$ 的情形,“勾”和“股”就是中文里两条较短边的名字。 直角边与斜边 在欧洲语言里,直角三角形各边的名字来自希腊语,原本是对位置的描述。直角边的西文名 cathetus 来自 káthetos,意思是“垂下来的东西”,这个词也指泥瓦匠的铅垂线:直角边就是垂直于另一条边落下的那条边。斜边的西文名 hypotenuse 来自 hypoteínousa,意思是“在下面绷紧的”:它是在直角下方从一端延伸到另一端的那条边,就像弓上的弦。 这些名字是用语言做成的像似符:它们说明了每条边在哪里。一旦变成标签,图像就消失了。对懂希腊语的人来说,“斜边是最长的边”几乎不言自明;对只背过这个词的人来说,这又是一条规则。中文的“勾、股、弦”同样是图像:勾是曲尺短的一边,股是长的一边(像大腿),弦则是弓弦。 等边三角形与特殊角 学校要求背的正弦、余弦值,比如 $\frac12$、$\frac{\sqrt3}{2}$、$\frac{\sqrt2}{2}$,都来自两个图形。把边长为 $a$ 的等边三角形沿高 $h$ 切成两半:出现两个直角三角形,角为 $30^\circ$、$60^\circ$、$90^\circ$,斜边为 $a$,一条直角边为 $\frac a2$。由毕达哥拉斯定理, $$h^2+\left(\frac a2\right)^2=a^2\quad\Longrightarrow\quad h^2=\frac{3a^2}{4}\quad\Longrightarrow\quad h=\frac{a}{2}\sqrt3.$$斜边取 $1$ 时,$30^\circ$ 角的对边长 $\frac12$,$60^\circ$ 角的对边长 $\frac{\sqrt3}2$。把正方形沿对角线切开,就得到 $45^\circ$ 角,两条直角边都等于 $\frac{\sqrt2}2$。要背的那张表,不过是对两个图形的阅读。

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欧几里得:图形与证明

大约公元前 300 年,在亚历山大城,欧几里得把希腊几何汇编成十三卷,这就是《几何原本》。两千多年来,它是世界上读者最多的数学书,而它的第一个命题就展示了这本书的工作方式: 在一条给定的有限直线上作一个等边三角形。 — 欧几里得,《几何原本》第一卷命题 1 做法很简短。设 $AB$ 是给定的线段。以 $A$ 为圆心、$AB$ 为半径画一个圆;以 $B$ 为圆心、同样的半径再画一个圆。把两圆的一个交点叫作 $C$。那么 $AC=AB$,因为两者都是第一个圆的半径;$BC=AB$,因为两者都是第二个圆的半径。等于同一个量的量彼此相等,所以 $AC=BC=AB$,三角形 $ABC$ 是等边的。 注意这里用的是什么样的书写。没有运算符号,没有方程,也没有 $x$。有的是文字,是图形,以及把两者连起来的字母。文中的字母 $C$ 指向图中一个特定的点;没有它,就得说“两个圆相交的那个点,上面那个”。欧几里得的字母,是数学中最早的标签。 图形展示,文字证明 欧几里得的图总是特定的图:一个有着这些角度、这个大小、在纸上这样倾斜的三角形。可是命题对任何线段 $AB$ 都成立。一张特定的图,怎么能支撑一个普遍的断言呢? 希腊人的回答是:它支撑不了。负责证明的是文字,一步一步,只使用已经定义和公设的东西。图形引导眼睛,帮助人不迷路,但证明中没有一句话说“如图可见”。每当图形似乎显示了某种文字没有论证的东西,读者完全有权怀疑。 看一个我们以后还会用到的例子。三角形的中线连接一个顶点和对边的中点。随便画一个三角形,画一条中线,图形似乎暗示它把三角形分成了面积相等的两部分。 中线连接一个顶点和对边的中点。两个三角形底边相等,高也相同。为本书绘制的教学示意图。 “似乎”是不够的。证明是这样的:分出的两个三角形底边相等(被截的那条边的两半),高相同(顶点到底边所在直线的距离,对两者是一样的)。三角形面积等于底乘高的一半,所以面积相等。注意,这个证明不依赖于图中的任何测量:对一个高的、扁的或歪的三角形,它同样成立。 所有三角形都是等腰的吗? 有一个著名的“证明”,由英国数学家劳斯·鲍尔在 1892 年推广开来,声称所有三角形都有两条边相等。每一步看起来都正确,配的图也看起来很有说服力。错误出在图上:它把某个交点画在三角形内部,而实际上那个点总是落在外部。相信图形的人掉进了陷阱;要求每个位置都由文字论证的人则躲过了它。这是把欧几里得的教训翻过来讲。 没有字母的欧几里得 1847 年,爱尔兰工程师奥利弗·拜恩出版了《几何原本》前六卷的一个版本,想法很大胆:用颜色代替字母。他不写“角 $ABC$ 等于角 $DEF$”,而是画一个红色的小角、一个等号,再画一个红色的角。文字几乎消失了,证明变成一连串彩色的图。 这本书很美,至今仍作为艺术品重印。但它从未成为书写数学的方式。彩色印刷昂贵,经不起黑白复印,最重要的是它不能扩展:图中有二十个点时,没有人分得清二十种色调。欧几里得的字母在色彩旁边显得寒酸,却是更能动的记号:它们可以组合($AB$、$ABC$),可以在别的命题中重复使用,也可以大声读出来。 适合证明,不适合计算 希腊几何用文字和图形做一切事情,包括今天所说的代数。我们写作 $(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$ 的恒等式,在《几何原本》(第二卷命题 4)中是这样的:“如果任意分一条线段,则整条线段上的正方形等于两段上的正方形加上两段所夹矩形的两倍。”它是正确的,也被证明了,可是在计算中很难使用。 这就是本章接下来要跨越的边界。希腊的书写非常擅长说明为什么某件事是真的,但处理未知量时却很笨重。当问题开始要求这样的处理时,数学就需要另一种书写了。 练习:用坐标看中线取顶点为 $A=(0,0)$、$B=(6,0)$、$C=(1,4)$ 的三角形。$AB$ 的中点是 $M=(3,0)$。三角形 $AMC$ 的底 $AM=3$,高为 $4$($C$ 的纵坐标),所以面积是 $\frac{3\cdot4}{2}=6$。三角形 $MBC$ 的底 $MB=3$,高同样是 $4$,面积也是 $6$。整个三角形的面积是 $\frac{6\cdot 4}{2}=12$。即使 $C$ 偏得很靠左,中线仍然把面积平分了。

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零与位值:会计算的数字

试着计算 $\text{XLVII}$ 乘以 $\text{XII}$,不许换成我们的数字。 连从哪里下手都很难知道。$\text{XLVII}$ 里的 $\text{X}$ 表示十,但它在 $\text{L}$ 的前面,所以要减去:$\text{XL}=40$。$\text{V}$ 不管放在哪里都是五。这里没有个位一栏,也没有十位一栏,每个符号的值都挂在它自己的形状上。同样的计算写成 $47\times 12$,两行就做完了: $$47\times 12 = 47\times 10 + 47\times 2 = 470 + 94 = 564.$$结果用罗马数字写是 $\text{DLXIV}$。罗马人并不是不会算账。他们只是不用数字本身来计算:他们在算盘或画了线的桌面上用小石子计算,数字只用来写下结果。小石子在拉丁文里叫 calculus,“计算”(calculation)一词就是从这里来的。 数字的值取决于它的位置 我们使用的是位值制:同一个形状,放在不同的位置上,值就不同。在 $205$ 里,$2$ 表示两百;在 $25$ 里表示二十;在 $2$ 里表示二。 零占住了十位:没有它,205 就变成了 25。为本书绘制的教学示意图。 用符号学的话来说,单独一个数字 $2$ 是一个不完整的符号。补全它意义的是它的位置;而当某一位是空的时候,守住这个位置的是零。像 $205$ 这样的书写,它的值不在三个形状中的任何一个里,而在组织它们的规则里: $$205 = 2\cdot 10^2 + 0\cdot 10^1 + 5\cdot 10^0.$$所以位值制是能动的记号的绝佳例子。我们在学校学的加减乘除规则(“进一”“借一”)之所以存在,正是因为这种书写把个位对齐个位、十位对齐十位。计算就在纸上完成,不需要算盘。 通往零的漫长旅程 大约公元前 1800 年,巴比伦人就已经用位值的方式写数,采用六十进制(这就是一小时有 60 分钟的原因)。但在许多世纪里,他们没有表示空位的符号:$1$ 和 $60$ 可能长得一样,读者只能根据上下文去猜。直到大约公元前 300 年,泥板上才出现一个分隔符号,用来标出数中间的空位。在世界的另一边,玛雅人也得到了一个零,画得像一只贝壳。

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Radix quadrati:数学也有自己的书写

问一个学生 9 的平方根是多少,他多半会回答“3”。再问它为什么叫“根”,又为什么叫“平方”,谈话通常就到此为止了。这个名字已经变成一个空洞的标签,而符号 $\sqrt{\phantom{9}}$ 也成了一个奇怪的钩子,好像要从数里“拔出”什么东西。 可是这个名字曾经讲述了全部的故事。希腊几何学家把要找的数直接叫作边(pleurá):面积为 9 的正方形,边长是 3。阿拉伯代数学家称它为 jidhr,也就是正方形从中“长出来”的根;中世纪的拉丁文译者写作 radix。像这样一句话: $$\textit{radix quadrati 4 aequalis 2}$$说的意思一点也不神秘:面积为 4 的正方形,边长等于 2。 九个面积为 1 的小正方形拼成一个边长为 3 的正方形。9 的平方根就是这个正方形的边长。为本书绘制的教学示意图。 从拉丁文到钩子 并没有人在某一天决定用符号代替句子。手抄计算的人会把最常重复的词缩写,缩写又一代比一代更短。下面的步骤是示意性的,但它遵循了从中世纪手稿到十六世纪印刷书籍之间书写所走过的道路: radix quadrati 如何变成 √(点击继续) radix quadrati 4 aequalis 2:“面积为 4 的正方形,边长等于 2”。 rad. quad. 4 aeq. 2:抄写者把最常重复的词缩写。 R. q. 4 aeq. 2:几乎只剩下字母 R,十六世纪的卡尔达诺和邦贝利仍在使用。 $r\,4 = 2$:在德语文献中,一个拉长的小写 r 表示开方。 $\sqrt{4}=2$:r 的笔画伸长,把数“吞”了进去。克里斯托夫·鲁道夫在 1525 年印出了这个符号;1637 年,笛卡儿加上了盖住被开方数的横线。 符号赢得了速度,却丢掉了记忆。今天读到 $\sqrt{4}$ 的人,已经看不到正方形了。所以当学生问 $\sqrt{4}$ 是 $2$ 还是 $-2$ 时,最清楚的答案来自那个古老的名字:边的长度不会是负的。现代约定 $\sqrt{a}$ 总是取非负值,正是这个符号所遗忘的几何留下的直接遗产。