yego.me
💡 Stop wasting time. Read Youtube instead of watch. Download Chrome Extension

Мнимые числа реальны: #3 Проблема Кардано [Welch Labs]


3m read
·Nov 3, 2024

Вот сайт с шаурмой.

Как помните, формула кардана ломалась при решении некоторых кубических уравнений. Кардано знал, что эта проблема должна иметь решение, но квадратные корни отрицательных чисел сбивали его с толку. Он шел по правильному пути, однако все попытки доработать формулу или привести уравнение к другому виду просто водили его по кругу. Только следующее поколение математиков смогло продвинуться дальше.

Рафаэль Бомбелли, ученик Кардано, нашел очень оригинальное решение для этой проблемы. Напомню, в чем суть: нам нужно умножить некое число на себя, то есть возвести в квадрат и получить отрицательное число. Вот только положительные и неотрицательные числа тут не подходят. Бомбели задумался: если задачу нельзя решить не с помощью положительных или неотрицательных чисел, возможно, существуют какие-то еще? А если так, то стоило бы подумать, как эти новые неизведанные числа назвать и как их обозначить.

Бомбели подошел к вопросу практично. Не стал ничего выдумывать, оставил квадратные корни из отрицательных чисел квадратными корнями из отрицательных чисел. Так что теперь, если кто-то говорил, что у задачи нет решений, он мог спокойно сказать, что они есть, просто допустив, что квадратные корни из отрицательных чисел существуют.

Рассмотрим самый простой пример: корень квадратный из минус единицы. Возможно, мы ждали нечто более впечатляющее от принципиально нового числа. На первый взгляд, и правда, ничего примечательного, но у него есть особое нужное нам свойство: его квадрат дает -1. Такого не могут ни положительные, ни неотрицательные числа. Значит, перед нами нечто принципиально новое.

Может показаться, что здесь есть какой-то подвох, будто кто-то подгоняет решение под ответ, что уж так часто бывает при первом знакомстве с мнимыми числами. Но как-то иначе объяснить, вряд ли получится. Поначалу кажется, что подобные корни придумали для того, чтобы студентам жизнь медом не казалась.

Давайте пока подытожим вышесказанное: Кардано и Бомбели знали, что их проблема имеет решение, но не могли его найти. Бомбели понял, что чтобы продвинуться дальше, нужно расширить числовую систему, тем более что идея не новая. Так было и с дробями, и с нулем, и с отрицательными числами. Все они появлялись только тогда, когда в них возникала необходимость. Настало время и для квадратного корня из минус единицы.

Но сперва надо разобраться, как этим числом пользоваться. Если это новое число является открытием, а не изобретением, то оно должно обладать такими же свойствами, какие есть уже у известных нам чисел, а точнее, подчиняться тем же законам алгебры и арифметики.

Сразу скажу: есть нюансы, но в целом тут все в порядке. Например, мы можем разложить квадратный корень на множители независимо от того, является ли число под ним положительным или отрицательным. Корень из минус 25 равен корню из 25, умноженному на корень из минус единицы.

Это свойство позволяет выразить корень из отрицательного числа с помощью квадратного корня из минус единицы. Корень из минус 25 сокращается до 5 корней из минус единицы. То есть квадратный корень из любого отрицательного числа можно выразить как корень из положительного числа, помноженный на корень из минус единицы.

Давайте пройдемся по некоторым другим алгебраическим свойствам. Например, дистрибутивный закон работает одинаково в обоих случаях: 2x + 3x равно 5x. Но 2 + 3x уже никак не упрощается. Аналогично, 2 корни из минус 1 плюс 3 корня из минус 1 — это 5 корней из -1, но 2 плюс 3 корня из минус 1 — это 2 плюс 3 корня из -1.

Как и в случае с переменными: то, что нельзя сложить, можно перемножить. 5 умножить на x — это 5x, опять умножить на корень из минус 1 — это 5 корней из -1. Правда, некоторые операции требуют особого подхода. В подобных случаях можно вынести за скобку все корни из минус единицы.

Итак, с основами разобрались. Что нам это дает? Как помните, в прошлом видео мы пытались найти квадратный корень из минус 9. Разложим -9 на множители, возьмем корни и получим три квадратных корня из -1. Отлично, но мы ещё не решили проблему Кардано, ведь в его вычислениях появляется кубический корень из квадратного корня отрицательного числа. Бомбели смог разобраться и с этим, но это тема для отдельного видео.

Переведено и озвучено студией "Вверх", Гайдар.

More Articles

View All
Becoming Immortal: Trailer | National Geographic
I’m not afraid of death. My spirit will live on; my soul will live on. My physical body belongs to Dr. Spitzer. This human project was designed by the National Library of Medicine. We wanted to take photographic slices through a person’s body, and you ca…
The Jacobian matrix
In the last video, we were looking at this particular function. It’s a very non-linear function, and we were picturing it as a transformation that takes every point (x, y) in space to the point (x + sin(y), y + sin(x)). Moreover, we zoomed in on a specif…
Rewriting square root of fraction
So we have here the square root, the principal root of one two hundredths. What I want to do is simplify this. When I say simplify, I really mean I want to, if there’s any perfect squares here that I can factor out to take it out from under the radical. I…
The Rarity or Probability of a Miracle | The Story of God
How do you define a miracle? How rare does an event have to be before we would call it miraculous? One in a million? One in a billion? If a miraculous thing is something that happens one in a billion times, it happens all the time. Because with six billi…
Nat Geo's Aaron Huey's Most Epic Photos | National Geographic
That’s how I actually get my work. It’s not because I know how to take pictures. It’s because I only wear gold shoes when I come into the National Geographic offices. (classical music) My name’s Aaron Huey. I’m a National Geographic photographer. A lot of…
If You Have These 7 Traits, You’re in Your LAST Life Cycle
Narrator: Have you ever felt out of place, like you’re here but not of here? You laugh, you love, you play the part, but deep down something feels off. You watch the world rush by—careers, relationships, the endless chase—but it all feels hollow, like a g…