Szám

Számozási módszerek

Számok az emberek számára

A számoknak különböző módon lehet szimbólumokat adni. Ezeket a módszereket számrendszereknek nevezzük. Az emberek által leggyakrabban használt számrendszer a tízes bázisú számrendszer. A tízes bázisú számrendszert tizedes számrendszernek is nevezik. A tízes bázisú számrendszer azért gyakori, mert az embereknek tíz ujjuk és tíz lábujjuk van. A tízes bázisú számrendszerben 10 különböző szimbólumot {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 és 9} használnak. Ezt a tíz szimbólumot számjegyeknek nevezzük.

Egy szám szimbóluma ebből a tíz számjegyből áll. A számjegyek elhelyezkedése mutatja, hogy mekkora a szám. Például a 23-as szám a tizedes számrendszerben valójában azt jelenti, hogy (2-szer 10) plusz 3, a 101 pedig azt, hogy 1-szer száz (=100) plus 0-szor 10 (=0) plus 1-szer 1 (=1).

Számok a gépekhez

Egy másik számrendszer a gépeknél elterjedtebb. A gépi számrendszert bináris számrendszernek nevezik. A bináris számrendszert kettes bázisú számrendszernek is nevezik. A kettes bázisú számrendszerben két különböző szimbólumot (0 és 1) használnak. Ezt a két szimbólumot biteknek nevezzük.

Egy bináris szám szimbóluma ebből a két bites szimbólumból áll. A bitjelek helyzete mutatja, hogy mekkora a szám. Például a 10-es szám a bináris számrendszerben valójában 1-szer 2 plusz 0-t jelent, a 101 pedig 1-szer négyet (=4) plus 0-szor kettőt (=0) plus 1-szer 1-et (=1). A 10-es bináris szám megegyezik a 2-es decimális számmal. A 101-es bináris szám megegyezik az 5-ös decimális számmal.

Számok neve

Az angol nyelvben a tízes számrendszer néhány olyan számának, amely "tízes hatványa", speciális neve van. A tízes számrendszerben a tízes számok minden ilyen hatványa csak az "1" és a "0" szimbólumot használja. Például a tíz tízes ugyanaz, mint tízszer tíz, vagy száz. Szimbólumokban ez a "10 × 10 = 100". A tíz százas is ugyanaz, mint tízszer száz, vagyis ezer. Szimbólumokban ez a következő: "10 × 100 = 10 × 10 × 10 = 1000". Néhány más tízes hatványszámnak is vannak speciális nevei:

• 1 - egy
• 10 - tíz
• 100 - száz
• 1000 - ezer
• 1,000,000 - egymillió

Ha ennél nagyobb számokról van szó, a számok elnevezésének kétféle módja van angolul. A "hosszú skála" szerint minden alkalommal új nevet adunk, amikor a szám egymilliószor nagyobb, mint az utoljára megnevezett szám. Ezt a módszert "brit szabványnak" is nevezik. Ez a skála régebben elterjedt volt Nagy-Britanniában, de ma már nem gyakran használják az angol nyelvű országokban. Néhány más európai országban még mindig használják. Egy másik skála a "rövid skála", amely szerint minden alkalommal új nevet kap, amikor egy szám ezerszer nagyobb, mint az utoljára megnevezett szám. Ez a skála ma már sokkal elterjedtebb a legtöbb angol nyelvű nemzetnél.

• 1,000,000,000 - egymilliárd (rövid skála), egymilliárd (hosszú skála)
• 1,000,000,000,000,000 - egy trillió (rövid skála), egy milliárd (hosszú skála)
• 1,000,000,000,000,000,000,000 - egy kvadrillió (rövid skála), egy billiárd (hosszú skála)

A számok típusai

Természetes számok

A természetes számok azok a számok, amelyeket általában számolásra használunk: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 stb. Egyesek szerint a 0 is természetes szám.

E számok másik neve a pozitív számok. Ezeket a számokat néha +1-nek írjuk, hogy jelezzük, hogy különböznek a negatív számoktól. De nem minden pozitív szám természetes (például az 1 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}} pozitív, de nem természetes).

Ha a 0-t természetes számnak nevezzük, akkor a természetes számok megegyeznek az egész számokkal. Ha a 0-t nem nevezzük természetes számnak, akkor a természetes számok megegyeznek a számlálószámokkal. Ha tehát nem használjuk a "természetes számok" szavakat, akkor kevésbé lesz zavaros, hogy a nulla benne van-e vagy sem. De sajnos vannak, akik szerint a nulla sem egész szám, és vannak, akik szerint az egész számok lehetnek negatívak is. A "pozitív egész számok" és a "nem negatív egész számok" egy másik módja annak, hogy a nulla szerepeljen, vagy kizárja a nullát, de csak akkor, ha az emberek ismerik ezeket a szavakat.

Negatív számok

A negatív számok nullánál kisebb számok.

A negatív számokról a számsor segítségével gondolkodhatunk. Ennek a vonalnak az egyik pontját nullának nevezzük. Ezután a vonalon minden egyes pozíciót azzal jelölünk (írjuk le a nevét), hogy az a nullponttól jobbra mennyire van, például az egyes pont egy centiméterrel jobbra, a kettes pont két centiméterrel jobbra van.

Most gondoljunk egy olyan pontra, amely a nullponttól egy centiméterrel balra van. Ezt a pontot nem nevezhetjük egyesnek, mivel már van egy egyes nevű pont. Ezért ezt a pontot mínusz 1-nek (-1) nevezzük (mivel egy centiméterre van tőle, de az ellenkező irányba).

Az alábbiakban egy számsor rajza látható.

A matematika minden szokásos művelete elvégezhető negatív számokkal:

Ha az emberek egy negatív számot hozzáadnak egy másikhoz, az ugyanaz, mintha a pozitív számot elvennék ugyanazokkal a számjegyekkel. Például 5 + (-3) ugyanaz, mint 5 - 3, és egyenlő 2-vel.

Ha egy negatív számot elvesznek egy másiktól, az ugyanaz, mintha a pozitív számot ugyanazokkal a számjegyekkel adnák össze. Például az 5 - (-3) ugyanaz, mint az 5 + 3, és egyenlő a 8-cal.

Ha két negatív számot összeszoroznak, pozitív számot kapnak. Például -5 szorozva -3-mal 15.

Ha egy negatív számot megszoroznak egy pozitív számmal, vagy egy pozitív számot megszoroznak egy negatív számmal, akkor negatív eredményt kapnak. Például 5 szorozva -3-mal -15.

Mivel egy negatív szám négyzetgyökének megtalálása lehetetlen, mivel a negatív szorozva negatívmal egyenlő poszitvával. A negatív szám négyzetgyökét úgy szimbolizáljuk, mint i.

Egész számok

Egész számok az összes természetes szám, azok ellentétei és a nulla. A tizedesjegyek és a törtek nem egész számok.

Racionális számok

A racionális számok olyan számok, amelyek törtként írhatók fel. Ez azt jelenti, hogy úgy írhatók fel, hogy a osztva b-vel, ahol a és b egész számok, és b nem egyenlő 0-val.

Egyes racionális számok, például az 1/10, a tizedespont után véges számú számjegyet igényelnek ahhoz, hogy tizedes formában írhassuk őket. Az egy tizedes számot tizedes formában 0,1-ként írjuk le. A véges tizedesjegyekkel írt számok racionálisak. Néhány racionális szám, például az 1/11, végtelen számú számjegyet igényel a tizedesvessző után, hogy tizedes formában írhassuk le őket. A tizedespont utáni számjegyek ismétlődő mintázatot mutatnak. Az egy tizenegyedik számot tizedes alakban 0,090909090909 ... ... .

A százalékot racionális számnak is nevezhetjük, mert egy olyan százalékos érték, mint a 7%, felírható 7/100 törtként. A 0,07 tizedesjegyként is felírható. Néha egy arányszámot is racionális számnak tekintünk.

Irracionális számok

Az irracionális számok olyan számok, amelyek nem írhatók fel törtként, de nem rendelkeznek képzeletbeli résszel (ezt később magyarázzuk el).

Az irracionális számok gyakran előfordulnak a geometriában. Például ha van egy négyzetünk, amelynek oldalai 1 méteresek, akkor a szemben lévő sarkok közötti távolság a kettő négyzetgyöke, ami 1,414213 ... ... . Ez egy irracionális szám. A matematikusok bebizonyították, hogy minden természetes szám négyzetgyöke vagy egész szám, vagy irracionális szám.

Az egyik jól ismert irracionális szám a pí. Ez a kör kerülete (körkörös távolság) osztva az átmérőjével (keresztmetszet). Ez a szám minden kör esetében ugyanaz. A pi körülbelül 3,1415926535 ... ... .

Egy irracionális szám nem írható le teljes egészében tizedesjegyekben. Végtelen számú számjegye lenne a tizedespont után. A 0,33333333 ... számmal ellentétben ezek a számjegyek nem ismétlődnének a végtelenségig.

Valós számok

A valós számok a fent felsorolt számok összes halmazának neve:

• A racionális számok, beleértve az egész számokat is
• Az irracionális számok

Ez minden olyan szám, amely nem tartalmaz képzeletbeli számokat.

Képzeletbeli számok

A képzeletbeli számok a valós számok és az i szám szorzatából keletkeznek. Ez a szám a mínusz egy (-1) négyzetgyöke.

A valós számok között nincs olyan szám, amelynek négyzetbe állítása -1-et eredményezne. Ezért a matematikusok kitaláltak egy számot. Ezt a számot i-nek, azaz képzeletbeli egységnek nevezték el.

A képzetes számok ugyanolyan szabályok szerint működnek, mint a valós számok:

• Két képzeletbeli szám összegét úgy találjuk meg, hogy kihúzzuk (faktoráljuk) az i-t. Például 2i + 3i = (2 + 3)i = 5i.
• Két képzeletbeli szám különbsége hasonló módon található. Például 5i - 3i = (5 - 3)i = 2i.
• Két képzeletbeli szám szorzásakor ne feledjük, hogy i × i (i ²) -1. Például 5i × 3i = ( 5 × 3 ) × ( i × i ) = 15 × (-1) = -15.

A képzeletbeli számokat azért nevezték képzeletbeli számoknak, mert amikor először találták meg őket, sok matematikus nem hitte, hogy léteznek.^[]képzeletbeli számok felfedezője Gerolamo Cardano volt az 1500-as években. Az első, aki a képzeletbeli szám szavakat használta, René Descartes volt. Az első, aki ezeket a számokat használta, Leonard Euler és CarlFriedrich Gauss volt. Mindketten a 18. században éltek.

Komplex számok

A komplex számok olyan számok, amelyeknek két része van: egy valós és egy képzetes rész. Minden fentebb leírt számtípus egyben komplex szám is.

A komplex számok a számok egy általánosabb formája. A komplex számok a számsíkon rajzolhatók. Ez egy valós és egy képzeletbeli számegyenest tartalmaz.

                      3i|_ | | | 2i|_ . 2+2i | | | i|_ | | |_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____| -2 -1 0 1 2 3 3 4 5 6 | -i|_ .3-i | | | | .-2-2i -2i|_ | | | -3i|_ | |

Az összes szokásos matematika elvégezhető komplex számokkal:

• Két komplex szám összeadásához külön-külön adjuk össze a valós és a képzetes részt. Például: (2 + 3i) + (3 + 2i) = (2 + 3) + (3 + 2)i= 5 + 5i.
• Ha egy komplex számot kivonunk egy másikból, akkor a valós és a képzetes részt külön-külön vonjuk ki. Például: (7 + 5i) - (3 + 3i) = (7 - 3) + (5 - 3)i = 4 + 2i.

Két komplex szám szorzása bonyolult. A legegyszerűbb általánosságban leírni, két komplex számmal a + bi és c + di.

( a + b i ) × ( c + d i ) = a × c + a × d i + b i × c + b i × d i = a c + a d i + b c i - b d = ( a c - b d ) + ( a d + b c ) i {\displaystyle (a+b\mathrm {i} )\times (c+d\mathrm {i} )=a\times c+a\times d\mathrm {i} +b\mathrm {i} \times c+b\mathrm {i} \times d\mathrm {i} =ac+ad\mathrm {i} +bc\mathrm {i} -bd=(ac-bd)+(ad+bc)\mathrm {i} }

Például: (4 + 5i) × (3 + 2i) = (4 × 3 - 5 × 2) + (4 × 2 + 5 × 3)i = (12 - 10) + (8 + 15)i = 2 + 23i.

Transzcendens számok

Egy valós vagy komplex számot transzcendens számnak nevezünk, ha nem kapható egész együtthatókkal rendelkező algebrai egyenlet eredményeként.

a n x n + ⋯ + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 {\displaystyle a_{n}x^{n}+\dots +a_{2}x^{2}+a_{1}x+a_{0}=0}

Annak bizonyítása, hogy egy bizonyos szám transzcendens, rendkívül nehéz lehet. Minden transzcendens szám egyben irracionális szám is. Az első emberek, akik felismerték, hogy léteznek transzcendens számok, Gottfried Wilhelm Leibniz és Leonhard Euler voltak. Az első, aki ténylegesen bebizonyította, hogy léteznek transzcendens számok, Joseph Liouville volt. Ezt 1844-ben tette meg.

Ismert transzcendens számok:

• e
• π
• e^a algebrai a ≠ 0 esetén
• 2 2 {\displaystyle 2^{\sqrt {2}}}

√2 irracionális.