含有未知数的等式叫做方程对不对(含有未知数的等式就是方程)

“x=1是方程,还是方程的解?”这是学生常有的疑惑。

怎么解答这个问题?“因为它符合方程的定义:含有未知数的等式是方程,所以x=1是方程。”

这么说是不是感觉有些牵强?好像是个文字游戏,这样回答对学生理解方程思想有好处吗?

那我如果问:a b=b a是不是方程?C=2πR是不是方程?又该怎么解答?

让我们追根溯源,去了解方程概念的来源。

维基百科上equation的解释是:

In mathematics,an equation is a formula of the form A=B, where A and B are expressions that may contain one or several variables called unknowns,and “=” denotes the equality binary relation.(在数学上,方程是一个形 如A = B的式子,其中A和B是含有一个或几个未知数的表达式,等号“=”表示相等的二元关系)从这个定义看,equation的意思就是等式。

1859年,李善兰(1811-1882)和伟烈亚力(A. Wylie,1815〜1887)合作翻译英国著名数学家德摩根(又译棣么甘,A. De Morgan, 1806〜1871)著的《代数学》(Elements of Algebra)。第一次将equation译成“方程”。

含有未知数的等式叫做方程对不对(含有未知数的等式就是方程)(1)

李善兰(图片源于网络)

原文是:“Every collection of algebraical symbols is called an expression,and when two expressions are connected by the sign =,the whole is called an equation.” (A. De Morgan,1837)李善兰和伟烈亚力将这句话译为“并代数之几数名为式,两式之间作等号,谓之方程。”(棣么甘, 1859)

从原文来看,equation就是“将两个代数式用等号连接起来的式子”,依然还是等式的原始本意,并没有任何“未知数”之类的意思。那么为什么李善兰没有将equation直译为“等式”,而是意译为“方程”呢?

再看美国教材:equation一词具有多义性,狭义的理解当然是含有未知数待解的等式,而广义上说就是等式(equality),都是指两个数量或表达式之间的相等。总体来说,除了“恒等式”(identity)之外,美国数学教材对“等式”基本不作什么解释,因为这是英语里一个浅显易懂的基本单词。而在美国这个十分强调种族和社会平等的体制里,equality (公平,平等)更是大众媒体频繁使用的关键词。equation一词也很类似,时政新闻和评论里经常会有“political equation”,“balance the equation”,“change the equation”之类的措辞,equation一词被赋予,“关联”、“平衡”之义。

从以上三处综合来看,“方程”一词实属中国特色,它将一类用等式表示、并由此求出未知数的模型凸显了出来,比广义的“等式”一词更加准确。英文里的“equation”一词更多是从宏观上强调其“平衡”、“等价”的本质,比较粗泛。如果我们把二者混为一谈是不准确的。

教材中用“含有未知数的等式叫方程”来定义,是受到西方数学教材中对方程定义的影响,而在实际操作中,往往片面地判别为“含有字母的等式叫方程”,那就是谬误了。教师用一堆含有字母的代数式,让学生判别:“是不是等式?”、“有没有字母?”来认识方程。这样做,不会让学生增加任何对方程概念本质属性的认识,很有点“庸人自扰”的味道。试问:有哪个学生因为不认识方程?方程概念一旦脱离寻求未知数这一核心思想,也就远离了它的数学本质。

将“含有未知数的等式”偷换为“含有字母的等式”在逻辑上是错误的。因为“含有字母的等式”种类很多,可以具有不同的意义;而方程只是“含有字母的等式”的一种情形,这个所谓的方程定义,在逻辑上“以偏概全”了。打个比方:“含有字母的等式”好像是一个馒头,你可以拿它当早餐,也可以当午餐、晚餐。馒头的使用目的全凭你而定。说“含有字母的等式叫方程”,就好比“当早餐吃的才叫馒头”,是当然不对的。

再比如:描述加法交换律的式子a b=b a,也是含有字母的等式,但这并不是方程,这个式子中的字母泛指任意数,而不是未知数。圆周长公式C=2πR,这里的字母表示某类数(C表示面积、R表示半径),和方程求未知数没有关系。s=vt当v为常数时,字母表示变量,式子表示两个变量的对应关系。

中国古代,将方程组的各项系数和“实”之数,用算筹布列成矩阵状(现称增广矩阵,这也是“方”字的由来),然后用消元法变换这些系数(“程”就是计量),最后求得问题的解。

含有未知数的等式叫做方程对不对(含有未知数的等式就是方程)(2)

增广矩阵(图片源于网络)

刘徽(魏晋时代人,生卒不详)是这样界定方程的:“群物总杂,各列有数,总言其实, 令每行为率。二物者再程,三物者三程,皆如物数程之。立列为行,故谓之方程。”(郭书春, 2004)结合《九章算术》方程章的问题,就可以知道,“方程”二字,其核心思想是借助一组等式关系求出未知数,所面对的是一个多元一次方程组。中国古代在高次方程求解上贡献很大,世称“天元术”。

含有未知数的等式叫做方程对不对(含有未知数的等式就是方程)(3)

《九章算术》(图片源于网络)

我们不妨揣测一下李善兰翻译时的良苦用意:可能在他看来,中国的天元术和解线性方程组,都是从一个或一组等式求出那些符号所代表的未知数之值。这样一来,方程就是一种等式关系,但又超出了“等式”原来的含义,中国的“方程” 一词就和“求未知数”、“求满足等式的根”的含义联系在了一起的。由此看来,方程作为最重要的一种等式, 在中国以及东方的汉字文化圈里得到传播,使后学者从中受益,至于仅仅把方程看作“含有字母的等式”,那是过于简单化,辜负了李善兰的一番苦心呀。

再插一个数学之外的“方程”——Fl(FIA Formula 1 World Championship,世界一级方程式锦标赛)。体育赛事怎么也会要解方程呢?原来是参加F1赛事的汽车的气缸、动力、传动、 轮胎等等都要符合一套规定,即一组formula,formula也就顺理成章地翻译成“方程式”。

看来,在长长的科学史上新的科学名词会不断更迭出现,西方文明与东方文明数次交流碰撞,我们绝不能妄自菲薄,照搬照抄,我们应该重视东西方文化的融合,找到西方文化背后的中国背景,让新的概念在博大的中华文化里落地生根。

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