書中定義:

複數 z=x+yi,其中 x、y 為實數。

當 y=0 時,z=x+0i=x 為實數。

自己的問題為:

到底是用實數定義了複數,還是用複數定義了實數?

是否屬於邏輯學中的循環論證?^

自動化專業渣渣求數學大佬指點。


通常的數學教材處理數系定義順序有兩種方法:

[公式]

[公式]

沒有複數定義實數的。即使是第二種看起來也有點奇怪(


如果只用複數的代數運算,是不能定義出實數集R的。就是(C,+,×,0,1)系統中不能定義出R。

見David Mark,Model Theory:an introduction. (模型論引論),國外數學名著系列(影印版) 32,p23, corollary1.3.6


這裡我們假設讀者完全明白有理數是如何定義的。僅使用有理數甚至整數,可以定義代數數,注意到代數數已經涵蓋了一部分無理數和虛數。但是採取這種辦法,能把所有的實數或複數都構造出來嗎?答案是否定的。

我不太喜歡現在強行把數學課分成各個不同課程的做法,特別是因為大學數學並非零門檻的現狀。在分析課上,默認複數的運算是已經學過的,而在代數課上,不討論實數集的具體構造。但是從有理數到複數的過程,實實在在是各種數學思想的融合。

從有理數到實數,必須經歷分析的過程。設 [公式] 是有理數集的子集,滿足 [公式] [公式] 並且

[公式]

則由 [公式] 確定了唯一的實數 [公式] 使得

[公式]

接下來,設 [公式] 則由 [公式] 確定了唯一的複數 [公式]

這大概是定義複數的最簡單的方法。也許你已經有所了解,代數基本定理,即任意復多項式都有復根,沒有簡單的代數證法,這也是因為複數本身就很難用代數定義。


首先,先反對一下 @雨雪晴 的答案。

不是說這個結論本身有錯。而是,這個結論論證不了複數「定義」不了實數。這裡有一處很微妙的地方。簡單來說,定義出來的實數不一定得是複數域的子集。可採取這樣的途徑: [公式] 。但這個 [公式] 已經不是 [公式] 的子集了,不會引起矛盾。(你也沒辦法直接對應回 [公式] 的某個子集,雖然你可以用選擇公理強行挑一個出來。「強行挑一個出來」當然超出了域理論的範圍,也是和結論不矛盾的。)又或者說,「定義 xx 的可定義子集 yy」和「可以基於 xx (公理化地)構造 yy」是兩碼事。

接下來是對 @inversioner 答案的補充。如果我們希望有個「完整版」的複數 [公式],那麼我們至少要包含連續(或小於 [公式] )的概念(或讓 [公式])。但是這樣一來就至少隱隱約約地定義了一個 [公式]。對於這種情況,我們恐怕只能說是:定義複數的同時順便定義了實數。反過來,實數定義里就不必隱藏著一個複數的定義。從這個意義上講,更多的是實數定義了複數。

最後附上系統 C3(基於 Tarski 實數公理化,由 Norman Megill 正式提出,Eric Schmidt 參與了改進)

5.1.3 Real and complex number postulates restated as axioms?

us.metamath.org

他們真的喪心病狂地繞了一整圈兒!( [公式]


此實數非彼實數,先用實數I定義了複數,再用複數定義了實數II。

先有實數集I [公式] ,然後在 [公式] 中定義複數四則運算,就有了複數集 [公式] .

  1. 複數是滿足複數四則運算的實數有序對 [公式] ,記作 [公式]
  2. 複數的加減法: [公式]
  3. 複數的乘法: [公式]
  4. 複數的除法: [公式]

然後可以搞一個映射 [公式][公式] ,於是有了實數集II [公式] ,它與 [公式] 同構。

所以當我們說 [公式] 時,其實前面那些數集都是由 [公式] 定義的,都是從另一個不是 [公式] 子集的數集到 [公式] 的同構映射的值域。


當y=0時,z=x+0i為實數

很明顯的,這句話的意思是,存在C的子域與R同構

並不是循環論證的意思


實數定義了複數。實數自己,是從有理數定義出來的。之所以說虛部為零時相當於實數,是說可以把實數作為複數的子集,從而包含到更廣範圍的複數域中,那麼你之前用的實數就都可以當成複數。複數域是實數域的擴域。


我想對這個問題換一種提法。已知一個域F同構於C,如何知道它的同構於R的子域的構造?即它由F中哪些元素構成?


從歷史和實踐的角度講,實數定義了複數


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