书中定义:

复数 z=x+yi,其中 x、y 为实数。

当 y=0 时,z=x+0i=x 为实数。

自己的问题为:

到底是用实数定义了复数,还是用复数定义了实数?

是否属于逻辑学中的循环论证?^

自动化专业渣渣求数学大佬指点。


通常的数学教材处理数系定义顺序有两种方法:

[公式]

[公式]

没有复数定义实数的。即使是第二种看起来也有点奇怪(


如果只用复数的代数运算,是不能定义出实数集R的。就是(C,+,×,0,1)系统中不能定义出R。

见David Mark,Model Theory:an introduction. (模型论引论),国外数学名著系列(影印版) 32,p23, corollary1.3.6


这里我们假设读者完全明白有理数是如何定义的。仅使用有理数甚至整数,可以定义代数数,注意到代数数已经涵盖了一部分无理数和虚数。但是采取这种办法,能把所有的实数或复数都构造出来吗?答案是否定的。

我不太喜欢现在强行把数学课分成各个不同课程的做法,特别是因为大学数学并非零门槛的现状。在分析课上,默认复数的运算是已经学过的,而在代数课上,不讨论实数集的具体构造。但是从有理数到复数的过程,实实在在是各种数学思想的融合。

从有理数到实数,必须经历分析的过程。设 [公式] 是有理数集的子集,满足 [公式] [公式] 并且

[公式]

则由 [公式] 确定了唯一的实数 [公式] 使得

[公式]

接下来,设 [公式] 则由 [公式] 确定了唯一的复数 [公式]

这大概是定义复数的最简单的方法。也许你已经有所了解,代数基本定理,即任意复多项式都有复根,没有简单的代数证法,这也是因为复数本身就很难用代数定义。


首先,先反对一下 @雨雪晴 的答案。

不是说这个结论本身有错。而是,这个结论论证不了复数「定义」不了实数。这里有一处很微妙的地方。简单来说,定义出来的实数不一定得是复数域的子集。可采取这样的途径: [公式] 。但这个 [公式] 已经不是 [公式] 的子集了,不会引起矛盾。(你也没办法直接对应回 [公式] 的某个子集,虽然你可以用选择公理强行挑一个出来。「强行挑一个出来」当然超出了域理论的范围,也是和结论不矛盾的。)又或者说,「定义 xx 的可定义子集 yy」和「可以基于 xx (公理化地)构造 yy」是两码事。

接下来是对 @inversioner 答案的补充。如果我们希望有个「完整版」的复数 [公式],那么我们至少要包含连续(或小于 [公式] )的概念(或让 [公式])。但是这样一来就至少隐隐约约地定义了一个 [公式]。对于这种情况,我们恐怕只能说是:定义复数的同时顺便定义了实数。反过来,实数定义里就不必隐藏著一个复数的定义。从这个意义上讲,更多的是实数定义了复数。

最后附上系统 C3(基于 Tarski 实数公理化,由 Norman Megill 正式提出,Eric Schmidt 参与了改进)

5.1.3 Real and complex number postulates restated as axioms?

us.metamath.org

他们真的丧心病狂地绕了一整圈儿!( [公式]


此实数非彼实数,先用实数I定义了复数,再用复数定义了实数II。

先有实数集I [公式] ,然后在 [公式] 中定义复数四则运算,就有了复数集 [公式] .

  1. 复数是满足复数四则运算的实数有序对 [公式] ,记作 [公式]
  2. 复数的加减法: [公式]
  3. 复数的乘法: [公式]
  4. 复数的除法: [公式]

然后可以搞一个映射 [公式][公式] ,于是有了实数集II [公式] ,它与 [公式] 同构。

所以当我们说 [公式] 时,其实前面那些数集都是由 [公式] 定义的,都是从另一个不是 [公式] 子集的数集到 [公式] 的同构映射的值域。


当y=0时,z=x+0i为实数

很明显的,这句话的意思是,存在C的子域与R同构

并不是循环论证的意思


实数定义了复数。实数自己,是从有理数定义出来的。之所以说虚部为零时相当于实数,是说可以把实数作为复数的子集,从而包含到更广范围的复数域中,那么你之前用的实数就都可以当成复数。复数域是实数域的扩域。


我想对这个问题换一种提法。已知一个域F同构于C,如何知道它的同构于R的子域的构造?即它由F中哪些元素构成?


从历史和实践的角度讲,实数定义了复数


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