更加瞭解虛數:平方為負的神奇數 人人伽利略25

更加瞭解虛數:平方為負的神奇數 人人伽利略25 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

日本Newton Press
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具體描述

  ★日本牛頓獨傢授權精美圖解
  ★符閤一○八課綱學習素養,延伸學習觸角
  ★學習虛數與複數的重要概念
 
  「什麼是虛數?」這個問題如果答不太齣來的話,那麼,「少年伽利略」的《虛數》或許可以幫助你釐清觀念。
 
  虛數是從imaginary number翻譯而來,之所以是「想像」的,是因為它並不實際存在。虛數用i來代錶,其定義是(-1)的平方根。從剛開始的整數,進而發現分數、小數、根號,好不容易接受瞭0跟負數的概念,卻又齣現瞭平方之後竟然是負的,這跟一般「負負得正」的概念是相反的。虛數到底有什麼用處呢?
 
  ──有瞭將虛數與實數加起來的「複數」,想要用數學式錶現波動、聲音、電磁波,便可化繁為簡。
  ──想要瞭解量子力學的基礎方程式,一定要學好虛數。
  ──利用傅立葉轉換的降噪耳機,也用瞭以虛數為主角的歐拉公式。
  ──與相對論有關的四維距離,流動著虛數時間?
 
   虛數看似與生活無關,其實很重要。理解虛數,不要求快,踏實最重要,《虛數》以精彩圖片搭配解說,從數的發展脈絡開始講解,帶領讀者一起釐清虛數和複數的基礎概念及其運用。
 
係列特色
 
  1. 本書係取得日本牛頓齣版社的授權,以精美插圖、珍貴照片及電腦模擬圖像,深入淺齣解說科學知識,淺顯易懂。
  2. 以一書一主題的係統化,縱嚮深入閱讀,橫嚮觸類旁通,主題涵蓋天文、數學、物理、化學、生命科學等領域。
  3. 以不同的角度提齣各種科學疑問,啟發讀者對科學的探究興趣。
謎題與構建:純粹數學的深層景觀 這是一部帶領讀者穿越數學核心疆域的著作,它不涉及任何關於虛數、復數或特定代數結構的內容。相反,本書聚焦於數學的基石、邏輯的嚴謹性以及那些在看似簡單問題背後隱藏的深刻結構。我們將從最基礎的公理係統齣發,逐步構建起一個堅實而宏偉的邏輯大廈。 第一部分:關於無限的哲學與算術基石 本書首先探討瞭數學哲學中關於“無限”的根本性辯論。我們不討論任何形式的數係擴展,而是深入研究皮亞諾公理如何確立自然數的結構。這裏,重點在於對“後繼”概念的嚴格定義,以及如何通過歸納法來證明簡單的算術定律——例如加法交換律和結閤律的真實性。 我們會仔細剖析集閤論的早期發展,特彆是樸素集閤論中的悖論(如羅素悖論)如何促使數學傢們尋求更嚴格的公理化基礎。這不是一個關於集閤論本身的詳細介紹,而是關於“構建”數學所需麵對的哲學睏境的探討。我們關注的是:如何在一個沒有矛盾的框架內,安全地定義“存在”? 第二部分:幾何的形變與度量之謎 在離開代數領域後,本書轉嚮瞭幾何學的本質。我們不會觸及非歐幾何或任何維度擴展,而是迴歸到歐幾裏得體係的純粹性。重點將放在“公理”的內在張力上。例如,平行公設的不可避免性或其替代性的曆史探索,但我們僅將其作為理解公理係統自我完備性的案例。 更深入地,我們將研究拓撲學的雛形——關於“形變”的初步概念。我們探討的是,哪些性質在連續映射下保持不變?這部分內容側重於拓撲不變量的直觀理解,例如連通性和邊界的概念。我們將通過構建簡單的空間模型,如圓盤、球麵和環麵(僅作為拓撲形變的直觀示例,不涉及其代數拓撲分類),來闡明“鄰域”和“極限”在沒有坐標係依賴下的意義。 第三部分:離散結構與邏輯的精確性 本書的第三部分完全沉浸於離散數學的領域,探索結構如何在有限或可數的基礎上運作。我們詳細分析瞭圖論的早期形式,重點關注連通性、迴路以及歐拉和哈密頓路徑問題的基本錶述。這裏的分析完全基於點和邊的關係,不涉及任何數值計算的復雜性。 我們將花費大量篇幅研究證明的藝術。這不是關於特定定理的證明技巧,而是關於證明本身的邏輯結構。歸謬法(反證法)的有效性、演繹推理的鏈條構建,以及如何識彆常見的邏輯謬誤,構成瞭本部分的核心。我們通過分析一些經典的邏輯謎題(如騎士與無賴問題),來展示邏輯語言的精確性要求。 第四部分:數論的純粹性與未解之謎 在本書的收尾部分,我們迴歸到整數的世界,但著重於其最純粹的、不依賴於外部體係的性質。我們將深入探討素數的分布規律,但著重於其在數論框架內的定義和內在特性,而不是任何與分析學相關的漸近性質。 我們討論瞭模運算(同餘關係)的初步概念,將其視為一種“循環”結構,而非一種數值操作。通過這種視角,我們審視瞭丟番圖方程的早期形態——尋找整數解的問題,強調其作為結構約束的本質。 最後,我們將提及一些尚未完全解決的數論問題(例如哥德巴赫猜想的錶述),不是為瞭提供任何綫索,而是為瞭說明即使在看似最簡單的整數結構中,邏輯的完備性也可能導嚮無法立即破解的深邃謎團。這部分強調的是數學探索的邊界,是人類智力麵對純粹結構時所能達到的深度。 本書旨在為讀者提供一個紮實的、跨越幾何、邏輯和純數論基礎的視角,理解數學作為一種自我完善的、嚴密構建的知識體係的內在美感與挑戰。它不提供任何“快捷方式”或“簡化模型”,而是堅持對邏輯和定義的苛刻要求。

著者信息

圖書目錄

一、虛數的誕生歷程
自然數

負數
負數的乘法
有理數 ①∼②
無理數
實數
Column 1 小數的錶示法誕生於16世紀
Column 2 畢達哥拉斯認為有理數是數的一切
Column 3 古代美索不達米亞黏土版刻畫的 2
Column 4 古人是這樣作平方根的圖
Column 5 證明 2是無理數
Column 6 用分數錶示 2的方法—連分數
Column 7 何謂方程式?
Topics 實數的完成與無窮的概念

二、何謂虛數
虛數是什麼?
解不開的問題
虛數的誕生 ①∼②
虛數獲得市民權
Column 8 「二次方程式」不一定有實數解
Column 9 有4000年歷史的「二次方程式」
Column 10 以二次方程式的「公式解」求解卡當諾問題
Column 11 虛數誕生的契機是16世紀的 「數學擂颱」
Column 12 卡當諾喜歡賭博,還促成 機率論發展
Q&A 1 複數平麵為何又稱「高斯平麵」?
Q&A 2 虛數能比較大小嗎?

三、虛數與複數
複數的錶示方式
複數的加法
複數的乘法 ①∼②
以虛數求解奇妙的謎題 ①∼②
高斯與複數 ①∼②
數擴張的終點站
Column 13 以複數平麵確認
「卡當諾問題」
Column 14 為什麼不是「負負得負」?
Column 15 複數的「極式」是什麼?
Column 16 在幾何學上運用複數平麵
Column 17 複數平麵的反轉與無窮遠點
Q&A 3 -1的四次方根、八次方根、十六次方根該如何計算?
Column 18 證明「代數基本定理」
Column 19 碎形與複數
Column 20 以複數的牛頓法求解碎形
Topics 黃金比例、正五邊形與複數

四、人類的至寶歐拉公式
三角函數
泰勒展開 ①∼②
何謂虛數次方?
歐拉的兩個公式
π、i與e
鑑賞歐拉公式
為什麼歐拉公式重要?
Column 21 何謂三角函數?
Column 22 何謂自然對數的底數「e」?
Column 23 何謂圓周率「π」?
Column 24 為近代數學奠基的天纔
數學傢歐拉

五、虛數與物理學
光、天體與虛數
四維時空與虛數 ①∼②
未知粒子與虛數
量子力學與虛數 ①∼③
Q&A 4 為什麼不存在的虛數跟自然界有關?
Topics 量子力學與複數
Topics 小林-益川理論與虛數

圖書序言

  • ISBN:9789864612390
  • 叢書係列:人人伽利略科學叢書
  • 規格:平裝 / 176頁 / 21 x 27.5 x 0.8 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用戶評價

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說真的,我原本對這類標榜「人人都能懂」的科普書抱持著懷疑的態度,畢竟很多時候作者隻是把複雜的東西包裝得很漂亮,但核心內容還是很硬核。但這本《更加瞭解虛數:平方為負的神奇數》徹底顛覆瞭我的印象。它最厲害的地方,在於它沒有迴避虛數的「怪異性」,反而大方承認它一開始確實很反直覺,然後就開始建立一套非常嚴謹又漸進的論證體係。作者在闡述虛數的幾何意義時,那個筆法簡直是神來一筆,讓我立刻聯想到複數平麵上的鏇轉操作,這讓原本隻會乖乖遵守代數規則的我,忽然意識到數線的概念可以被擴展到二維空間,這對我理解物理學上的相位和電路學上的阻抗,簡直是撥雲見霧。我尤其欣賞作者對於歷史脈絡的梳理,從皮卡塔開始的睏惑,到歐拉的突破,那種人類智慧逐步推進的過程描寫得非常細膩,讓人不隻學到知識,更能感受到數學傢們麵對未知時的勇氣和堅持。這本書的深度絕對是足夠的,但它的語氣卻是如此的親切,就像一位耐心極好的教授在課後跟你一對一討論,讓人讀起來毫無壓力,卻能收穫滿滿。

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哇,最近手邊這本新書真的有夠讓人驚艷的啦!封麵設計就很有吸引力,那種深邃的藍配上跳躍的黃色線條,一看就知道不是那種死闆闆的教科書。我本身對數學是抱著一種又愛又怕受傷害的複雜情感,尤其是看到那些抽象的符號就頭皮發麻。不過,這本書的作者真的很有心,他不是直接丟一堆公式來考驗我們,而是用非常生活化的例子來切入,像是從生活中遇到的各種對稱、鏇轉問題去引導,讓人感覺好像在玩一個解謎遊戲,而不是在上課。特別是他們解釋「i」這個神奇的數字時,不是隻告訴你它是 $sqrt{-1}$ 就結束瞭,而是用瞭一種像是講故事的方式,把虛數從一個純粹的數學概念,變成一個非常「實用」又「有趣」的存在。讀完第一章,我對那些原本隻存在於教科書課本角落的虛數,突然有瞭一種「原來如此!」的豁然開朗感,感覺自己的視野好像被打開瞭一扇新的窗戶,不再覺得數學是冰冷的數字堆砌。這本書的排版也很舒服,字體大小適中,圖錶的設計也很精美,就算唸到比較需要動腦筋的部分,也不會讓人覺得眼睛很纍。真心推薦給所有對數學有點抗拒,但又想知道世界運作更深層原理的朋友們!

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這本書的編排邏輯,簡直是教科書設計的典範啊!它不是線性的介紹,而是採用瞭一種螺鏇上升的方式。一開始拋齣一個看似簡單的問題,讓你帶著好奇心往下讀,然後在後麵的章節,會不斷地利用之前學過的知識點來深化理解。最讓我佩服的是,它對於虛數的應用介紹非常廣泛,從基礎的量子力學概念(當然是用非常簡化的方式),到電子工程裡的交流電分析,甚至是信號處理,都有所著墨。這讓我體會到,虛數這個「莫名其妙」的數字,其實是現代科技不可或缺的基石。我以前總覺得那些高深的理論離我很遙遠,但透過這些實例,我彷彿能摸到那些知識的邊緣瞭。書中附帶的一些小練習題,雖然份量不多,但設計得極巧,往往隻需要用到前麵剛學到的概念就能迎刃而解,這種及時的迴饋機製,大大增強瞭學習的動機。而且,作者對「為什麼」的解釋非常到位,不會讓人停留在「記住就好」的層麵,而是真正理解瞭背後的數學原理,這點對於想真正掌握知識的人來說,太重要瞭。

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我必須說,這本書的文字風格非常獨特,它融閤瞭學術的嚴謹性與大眾科普的幽默感。我喜歡它在討論一些較為艱澀的概念時,會穿插一些小小的「數學冷知識」或者典故,讓整個閱讀過程不會顯得枯燥。舉例來說,當談到虛數的「想像性」時,作者並沒有流於錶麵地批判,反而更深入地探討瞭人類認知邊界擴展的過程,那種哲學思辨的深度,讓我讀起來非常有收穫。這本書的結構處理得非常好,它很清楚地知道目標讀者是希望「瞭解」而非「精通」複變函數,所以它會精準地在達到該目標後,就優雅地轉嚮另一個相關但更基礎的概念,避免瞭不必要的數學細節糾纏。對於我這種非數學科班齣身的讀者而言,這本書的「留白」藝術處理得恰到好處,它讓你覺得自己「好像懂瞭」,但事實上,你真的懂瞭,因為它已經幫你把那些最難跨越的門檻給拆掉瞭。如果身邊有朋友問我該不該買這本關於數學的書,我會毫不猶豫地推薦,它絕對是數學科普書中的一股清流。

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這本書帶給我的感受,可以用「顛覆」來形容。我以前總以為,要理解虛數,就必須先具備紮實的微積分和線性代數基礎,但這本書證明瞭,隻要邏輯清晰,我們完全可以從最基本的算術概念齣發,逐步構建起複數世界的完整圖像。它在解釋虛數的乘法性質時,那個圖形化的描述,比任何代數推導都來得直觀有力。特別是作者花瞭篇幅探討虛數在不同文化和歷史時期受到的質疑,這讓我覺得數學不再是高高在上的真理,而是一個充滿瞭人類爭議、探索與最終接納的動態過程。這種人性化的敘事角度,大大拉近瞭讀者與學科的距離。而且,這本書的裝訂品質也非常好,拿在手上很有份量感,內頁用紙的質感也很棒,讓閱讀體驗提升瞭好幾個層次。總之,這是一本知識性與娛樂性兼具,而且真正能讓人「想再讀一遍」的優秀作品,它讓我對「數學之美」有瞭更深層次的體悟。

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