由於我們對應用10的各次冪已經非常習慣,所以我們只須寫出他們所乘的數(如7291),其餘的都可以略去。
其實,10的冪次並不是什麼神秘的東西。任何一個比一大的數的冪次都可以起到這樣的效果。例如,假定我們現在想用8的冪來寫出7291這個數,這時應當記住
80=1;
81=8;
82=8×8=64;
83=8×8×8=512;
84=8×8×8×8=4096。
這樣,我們就可以把7291寫為1×84加上6×83加上1×82加上7×81再加上3×80。(請你們自己把這個數算出來,並看看所得出的答數。)如果只寫出各次冪所要乘的數字,它就應當是16173。因此,我們可以說16173(八進制)=7291(十進制)。
八進制的優點在於除了0以外,你只需記住七個數字。如果你想用數字8,那你可以寫出8×83,而這就等於1×84。因此,不管任何時候,你都可以用1來代替8。所以十進制的8等於八進制的10;十進制的89等於八進制的131,依次類推。但是,用八進制時,一個數所用的總字數要比用十進制時多。由此可見,基數越小,所用的不同數字越少,但總字數則越多。
當你用二十進制時,7291這個數將成為18×202加上4×201再加上11×200。在這種情形下,如果你把18寫為#,並把11寫為%,你就可以說#4%(二十進制)=7291(十進制)。用二十進制時你將不得不用19個不同的數字,但是每一個數所用的總字數就會少些。
十進制是一種很方便的進位制。用這種進位制時,既不必記住過多的數字,而且在寫一個數時,又可不必用過多的字數。
什麼是二進制數呢?在二進制的情況下,7291這個數等於1×212加上1×211加上1×210加上0×29加上0×28加上0×27加上1×26加上1×25加上1×24加上1×23加上0×22加上1×21再加上1×20。(請你們自己把這個數算出來,看看得出什麼結果。但要記住29是9個2的乘積,亦即2×2×2×2×2×2×2×2×2=512。)如果只寫出數字,那就是1110001111011(二進制)=7291(十進制)。
由於二進制數只需要用兩個數字,即1和0,所以做加法和乘法演算特別簡單。但是即使一個很小的數,例如7291,也要用很多位數表示,因而很容易在我們頭腦中造成混亂。
但是,電子計算機則可以使用一個雙向開關。把開關撥向某一方向,即把電流接通時,它就代表1。把開關撥向另一方向,即把電流斷開時,它就代表0。這樣,通過操縱電路,使它根據二進制的加法和乘法規則接通和斷開,計算機就能以非常快的速度進行算術演算。同按十進制原理設計、用標有0到9的齒輪來進行演算的普通台式計算器相比,它的演算速度要快得多。
第6節
大多數人最為熟悉的數有兩種,即正數(+5,+17.5)和負數(-5,-17.5)。負數是在中世紀出現的,它用來處理3-5這類問題。從古代人看來,要從三個蘋果中減去五個蘋果似乎是不可能的。但是,中世紀的商人卻已經清楚地認識到欠款的概念。「請你給我五個蘋果,可是我只有三個蘋果的錢,這樣我還欠你兩個蘋果的錢。」這就等於說:(+3)-(+5)=(-2)。
正數及負數可以根據某些嚴格的規則彼此相乘。正數乘正數,其乘積為正。正數乘負數,其乘積為負。最重要的是,負數乘負數,其乘積為正。
因此,(+1)×(+1)=(+1);(+1)×(-1)=(-1);(-1)×(-1)=(+1)。
現在假定我們自問:什麼數自乘將會得出+1?或者用數學語言來說,+1的平方根是多少?
這一問題有兩個答案。一個答案是+1,因為(+1)×(+1)=(+1);另一個答案則是-1,因為(-1)×(-1)=(+1)。數學家是用√ ̄(+1)=±1來表示這一答案的。(碧聲注:(+1)在根號下)
現在讓我們進一步提出這樣一個問題:-1的平方根是多少?
對於這個問題,我們感到有點為難。答案不是+1,因為+1的自乘是+1;答案也不是-1,因為-1的自乘同樣是+1。當然,(+1)×(-1)=(-1),但這是兩個不同的數的相乘,而不是一個數的自乘。
這樣,我們可以創造出一個數,並給它一個專門的符號,譬如說#1,而且給它以如下的定義:#1是自乘時會得出-1的數,即(#1)×(#1)=(-1)。當這種想法剛提出來時,數學家都把這種數稱為「虛數」,這只是因為這種數在他們所習慣的數系中並不存在。實際上,這種數一點也不比普通的「實數」更為虛幻。這種所謂「虛數」具有一些嚴格限定的屬性,而且和一般實數一樣,也很容易處理。
但是,正因為數學家感到這種數多少有點虛幻,所以給這種數一個專門的符號「i」(imaginary)。我們可以把正虛數寫為(+i),把負虛數寫為(-i),而把+1看作是一個正實數,把(-1)看作是一個負實數。因此我們可以說√ ̄(-1)=±i。
實數系統可以完全和虛數系統對應。正如有+5,-17.32,+3/10等實數一樣,我們也可以有+5i,-17.32i,+3i/10等虛數。
我們甚至還可以在作圖時把虛數系統畫出來。
假如你用一條以0點作為中點的直線來表示一個正實數系統,那麼,位於0點某一側的是正實數,位於0點另一側的就是負實數。
這樣,當你通過0點再作一條與該直線直角相交的直線時,你便可以沿第二條直線把虛數系統表示出來。第二條直線上0點的一側的數是正虛數,0點另一側的數是負虛數。這樣一來,同時使用這兩種數系,就可以在這個平面上把所有的數都表示出來。例如(+2)+(+3i)或(+3)+(-2i)。這些數就是「複數」。
數學家和物理學家發現,把一個平面上的所有各點同數字系統彼此聯系起來是非常有用的。如果沒有所謂虛數,他們就無法做到這一點了。
第7節
素數是這樣的整數,它除了能表示為它自己和1的乘積以外,不能表示為任何其它兩個整數的乘積。例如,15=3×5,所以15不是素數;又如,12=6×2=4×3,所以12也不是素數。另一方面,13除了等於13×1以外,不能表示為其它任何兩個整數的乘積,所以13是一個素數。
有的數,如果單憑印象去捉摸,是無法確定它到底是不是素數的。有些數則可以馬上說出它不是素數。一個數,不管它有多大,只要它的個位數是2、4、5、6、8或0,就不可能是素數。此外,一個數的各位數字之和要是可以被3整除的話,它也不可能是素數。但如果它的個位數是1、3、7或9,而且它的各位數字之和不能被3整除,那麼,它就可能是素數(但也可能不是素數)。沒有任何現成的公式可以告訴你一個數到底是不是素數。你只能試試看能不能將這個數表示為兩個比它小的數的乘積。
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