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無窮

(數學術語)

鎖定
無窮無限,來自於拉丁文的“infinitas”,即“沒有邊界”的意思。其數學符號為∞。它在科學神學哲學數學和日常生活中有着不同的概念。通常使用這個詞的時候並不涉及它的更加技術層面的定義。
中文名
無窮
外文名
infinite
應用領域
數學、物理
數學符號

無窮簡介

無窮無限,來自於拉丁文的“infinitas”,即“沒有邊界”的意思。其數學符號為∞。它在科學神學哲學數學和日常生活中有着不同的概念。通常使用這個詞的時候並不涉及它的更加技術層面的定義。
在神學方面,根據書面記載無窮這個符號最早被用於某些秘密宗教,通常代表人類中的神性,而書寫此符號時兩圓的不對等代表人神間的差距,例如神學家鄧斯·司各脱(Duns Scotus)的著作中,上帝的無限能量是運用在無約束上,而不是運用在無限量上。在哲學方面,無窮可以歸因於空間和時間。在神學和哲學兩方面,無窮又作為無限,很多文章都探討過無限、絕對、上帝和芝諾悖論等的問題。
在數學方面,無窮與下述的主題或概念相關:數學的極限阿列夫數、集合論中的類、戴德金無限集合、羅素悖論超實數射影幾何擴展的實數軸以及絕對無限。在一些主題或概念中,無窮被認為是一個超越邊界而增加的概念,而不是一個數。 [1] 

無窮歷史

早期無限的觀點
最早關於無限的記載出現在印度夜柔吠陀(公元前1200-900)。書中説:“如果你從無限中移走或添加一部分,剩下的還是無限。”
印度耆那教的經書《Surya Prajnapti》(c. 400 BC) 把數分作三類:“可計的”、“不可計的”及“無限”。每一類再細分成三種階:
  • 可計的:小的、中的與大的。
  • 不可計的:接近不可計的、真正不可計的、沒有方法去計的,以及無限也包括在內。
  • 無限:接近無限、真正無限與無窮無盡。
現代科學家解析古代羊皮卷中的阿基米德手稿,在殘卷《方法》命題14中,發現阿基米德開始計算無窮大的數目。他採取近似於19世紀微積分與集合論的手法,計算了兩組無窮大的集合,以求和的方法,證明它們之間的數目是相等的。
這是在人類記載上第一次出現無限也可以分類這一個念頭。
文藝復興時代至近代
伽利略最先發現一個集合跟它自己的真子集可以有相同的大小。
他用上一一對應的概念説明自然數集{1, 2, 3, 4 ...}跟子集平方數集{1,4,9,16,...}一樣多。就是1→1、2→4、3→9、4→16、.....
一一對應正是用於研究無限必要的手法。 [1] 

無窮數學無窮

無限大的符號
無限大的符號是
,其Unicode為U+221E“∞”INFINITY,在LaTeX中表示為\infty。
無限大的符號是1655年由約翰·沃利斯開始使用,在開始使用後,也用在數學以外的領域,例如現代神秘主義及符號學。
幾何學和拓撲學
主條目:向量空間的維數
無限維的空間常用在幾何學及拓撲學中,尤其是在分類空間,也就是Eilenberg−MacLane空間。常見的例子包括無限維的復射影空間K(Z,2),以及無限維的實射影空間K(Z/2Z,1)。
分形
分形的結構可以重複的放大,分形可以無限次的放大,但不會變的圓滑,而且仍維持原有的結構,分形的周長是無限的,有些的面積無限,但有些的面積卻是有限。像科赫曲線就是有無限周長和有限面積的例子。
沒有無窮的數學
利奧波德·克羅內克懷疑無限的概念,也懷疑1870年代及1880年代時數學家使用無限的方式。這種懷疑主義形成一種稱為有限主義的數學哲學,是屬於數學結構主義數學直覺主義中的一種極端形式。 [1] 

無窮物理無窮

在物理上,實數的近似會用在連續量的量測上,自然數的近似會用在離散的量測上。因此科學家假設沒有可觀察量會到無窮的數值,這是因為科學家很自然的,事實上已經是默認的接受了這樣的事情:即在真實的物理場景裏,是不存無窮大的可觀測物理量的。在例如在擴展的實數軸上取一個無窮的值,或是需要計算某個無窮次事件的次數。因此會預設沒有任何物體會有無窮的質量或是能量。有些事物的概念和無限有關,例如無限平面波,但現今尚沒有方法可以由實驗產生無限平面波。 [1] 

無窮電腦計算中

IEEE 754浮點數標準中定義了正無限大及負無限大,定義為溢位除以零或其他異常程序的結果。
JavaJ語言編程語言允許在程式中直接用類似常數的方式存取正負無限大。正負無限大可以作為最大元,因為比所有其他的數都大(或是小)。正負無限大也可以做為像排序搜尋窗函數算法中的哨兵值,找到這個值時可以結束計算。
在一些沒有最大或最小元素,但允許關係運算子多載的編程語言中,程序員也可以“創建”最大及最小元素。若語言不允許直接存取最大或最小元素,但有浮點數的形態,也可以用特定的運算產生正負無限大,再進行其他處理。
微軟Visual Studio用無窮大符號作為圖標 [2] 

無窮認知科學

透視藝術使用了消失點或是無窮遠點的概念.也就是放在觀察者無窮遠處的一個點。因此畫家可以繪製有現實感空間及距離的作品。藝術家莫里茨·科內利斯·埃舍爾就常將無窮的概念用在他的作品中。
認知科學家喬治·萊考夫將數學及科學中無限的概念視為一個隱喻。這個觀點是基於簡單的無限隱喻,定義為一直遞增的數列<1,2,3,...>。
無限的符號常浪漫的表示永恆的愛,許多現代的珠寶就在其造型中加入無限的符號。
Crypton Future Media的角色主唱系列中 CV-03巡音流歌的人物形象即包含無窮大的符號以象徵“循環、巡迴”之意。 [3] 

無窮相關條目

參考資料
  • 1.    Scott, Joseph Frederick, The mathematical work of John Wallis, D.D., F.R.S., (1616–1703) 2, American Mathematical Society: 24, 1981, ISBN 0-8284-0314-7.
  • 2.    張永明. 常數項無窮級數判別法綜述[J]. 北京印刷學院學報,2009,(6):67-70.
  • 3.    歐陽耿. 論“無窮數”[J]. 喀什師範學院學報(漢文版), 2012, 33(3):25-30.