Množství (matematika)

Kvantita je matematický koncept, který popisuje objekty, pro které  lze definovat vztah nerovnosti a význam operace sčítání a je splněna řada vlastností, včetně Archimedových axiomů a spojitosti . Kvantita je jedním ze základních pojmů matematiky .

Zpočátku byl kladný skalár definován pomocí vztahu nerovnosti a operace sčítání. Mezi jeho zobecnění patří vektory a tenzory , pro které nelze vztah nerovnosti definovat, „nearchimedovské“ veličiny, pro které neplatí Archimédův axiom. Systém reálných čísel lze také považovat za systém veličin.

Skalární

Pro homogenní skalární veličiny se stanoví vztah nerovnosti a význam operace sčítání. Mají následující vlastnosti [1] :

  1. pro kterékoli a a b má smysl pouze jeden ze tří vztahů: buď a  =  b , nebo a  >  b , nebo a  <  b ;
  2. je splněna tranzitivita relací menší než a větší, tedy pokud a <  b a b  <  c , pak a  <  c ;
  3. existuje jednoznačně definovaný součet libovolných dvou veličin, tj. c  =  a  +  b ;
  4. sčítání je komutativní , tj. a  +  b  =  b  +  a ;
  5. sčítání je asociativní , tj. a  + ( b  +  c ) = ( a  +  b ) +  c ;
  6. adice je monotónní , tj. a  +  b  >  a ;
  7. existuje jednoznačně definovaná možnost odčítání , tj. pokud a  >  b , pak existuje c takové, že b  +  c  =  a ;
  8. existuje možnost dělení , to znamená, že pro libovolné a a přirozené číslo n existuje b , takže bn  =  a ;
  9. Platí Archimédův axiom, tj. pro libovolné a a b existuje přirozené číslo n takové, že a  <  nb ;
  10. platí axiom kontinuity.

Veličina je abstraktní pojem, který vyjadřuje kategorii kvantity . Skalární hodnota je charakterizována jedním číslem [2] .

Zobecnění pojmu

S rozvojem matematiky byl význam pojmu veličina podroben zobecnění. Pojem byl rozšířen na „neskalární“ veličiny, pro které je definováno sčítání, ale není definován žádný vztah řádu . Patří mezi ně vektory a tenzory. Dalším rozšířením bylo odmítnutí Archimedova axiomu nebo jeho použití s ​​určitými výhradami (např. přirozenost čísla n pro kladné skalární veličiny). Takové veličiny se používají v abstraktním matematickém výzkumu [1] .

Kromě toho se používají pevné a proměnné hodnoty. Při zvažování proměnných je zvykem říkat, že v různých časech nabývají různých číselných hodnot [1] .

Historický nástin

Euclid (III. století př. n. l.) zavedl koncept pozitivní skalární hodnoty , který byl přímým zobecněním takových specifických pojmů jako délka , plocha , objem , hmotnost [1] . V páté knize „ Počátků “ jsou formulovány hlavní vlastnosti veličiny (možná patří do pera Eudoxu ), v sedmé knize jsou uvažována čísla a je uvedena definice veličiny, v desáté knize souměřitelné a jsou uvažovány nesouměřitelné veličiny [3] . Starověcí řečtí matematici vyvinuli teorii měření veličin založenou na prvních devíti vlastnostech veličiny (včetně Archimedova axiomu) [1] .

Rod veličiny souvisí se způsobem, jakým jsou předměty porovnávány. Například pojem délky vyplývá z porovnání segmentů pomocí superpozice: segmenty mají stejnou délku, pokud se při překrývání shodují, a délka jednoho segmentu je menší než délka druhého, pokud při superponování první segment ano. druhý úplně nezakryje. Srovnání plochých obrazců vede k pojmu plocha, prostorová tělesa - objem [1] . Euklides své úvahy ilustroval operacemi se segmenty, zároveň však veličiny považuje za abstraktní pojmy. Jeho teorie je aplikována na úhly a čas [3] .

Řečtí matematici uvažovali o veličinách, které lze měřit pravítkem s jednotkovou délkou a kružítkem [3] . Systém všech délek v racionálním vztahu k jednotkové délce splňuje požadavky 1-9, ale nepokrývá systém všech délek obecně. Objev existence nesouměřitelných segmentů je připisován Pythagorovi (VI. století př. n. l.) [1] . Arabští matematici uvažovali o složitějších veličinách, zejména řešili kubické rovnice pomocí geometrických metod [3] . Pro úplnou definici systému kladných skalárních veličin byl zaveden axiom spojitosti. Výsledkem je, že všechny hodnoty systému jsou jednoznačně reprezentovány jako a  = α l , kde α je kladné reálné číslo a l  je měrná jednotka [1] .

Další fází bylo uvažování směrovaných segmentů na přímce a opačně směrovaných rychlostí. Pokud se k systému kladných skalárních veličin přidají nulové a záporné hodnoty, pak je výsledné zobecnění, nazývané skalární množství, hlavní v mechanice a fyzice. V tomto zobecnění je to jakékoli reálné číslo (kladné, záporné nebo rovné nule). Toto zobecnění se uchýlí k pojmu číslo, ale téhož lze dosáhnout změnou formulace vlastností [1] .

Descartes zavedl pojem proměnné [2] .

V 17. století byla reálná čísla úzce spojena s pojmem veličiny a matematika byla považována za vědu o veličinách [4] .

Viz také

Poznámky

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Kolmogorov A. N. Množství // Matematická encyklopedie. - M . : Sovětská encyklopedie, 1977. - T. 1.
  2. 1 2 Ed. TO. Frolová. Hodnota // Filosofický slovník. - M .: Sovětská encyklopedie, 1991.
  3. 1 2 3 4 Reálná čísla: Pythagoras Stevinovi . Archiv historie matematiky MacTutor . Získáno 20. července 2014. Archivováno z originálu 22. února 2015.  (Angličtina)
  4. Reálná čísla: Stevin až Hilbert . Archiv historie matematiky MacTutor . Získáno 20. července 2014. Archivováno z originálu 22. února 2015.  (Angličtina)

Odkazy