代数

虚数

虚数源于一个看似不可能的问题:什么数自己乘自己,结果会是负数?普通的数都办不到——正数乘正数是正数,负数乘负数也是正数。于是数学家干脆造了一个,把它叫作 i,规定 i × i = −1,使它成为负一的一个平方根。从这颗种子,长出了所有的虚数:2i、−5i,等等。

i 绝非毫无用处的怪东西,反而是人类发现的最实用的工具之一。把它和普通的数搭在一起,就得到复数——写成像 3 + 4i 这样——它们的行为像一个平面,而不再是一条直线。工程师天天都靠它来描述交流电、无线电波和各种振动;没有它,现代电子技术和量子物理几乎都没法写下来。

唯一要丢掉的,是这个名字本身。"虚"字最初是一句讥讽,出自那些认为这些数是假货的怀疑者之口。它们并不假。它们和那个让你账户出现负数的 −1 一样真实、一样有用。名字流传了下来,但当年的嘲笑是错的。

i² = −1, so i is a square root of −1

定义 i 的唯一规则——每个虚数都由它构建而成。

这个带贬义的称呼来自笛卡儿,他在《几何学》(1637 年)中用了法文 "nombres imaginaires"(虚的数)。用 i 表示负一的一个平方根,见于欧拉的著作(约写于 1777 年,1794 年身后才出版),并由高斯于 1801 年推广开来。如今工程师常改写成 j,以免和表示电流的 i 混淆。