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無窮
來源:互聯網

無窮(英語:infinite),也稱“無限”。來自拉丁語中的“infinitas”,意為“無界”。數學符號是“∞”。

無窮觀念的歷史和人類思想的歷史一樣悠久,人類對無窮的思考和探索可見于不同的領域:哲學、數學、物理學、宇宙學、神學。

最早的關于無窮的文獻記錄可追溯到古希臘,在古希臘哲學的前蘇格拉底時代,無窮是哲學和宗教討論的對象。古希臘數學家和哲學家對無窮持否定態度。亞里士多德認為,實無窮不存在,無窮作為一種無止盡的過程只以潛在的方式存在。無窮在科學和數學中的作用的革命轉變源自戈特弗里德·萊布尼茨艾薩克·牛頓的工作。牛頓和戈特弗里德·萊布尼茨在創立微積分的過程中引入了無窮小量概念,直觀的無窮小量是他們的微積分理論的出發點。

簡介

在神學方面,根據書面記載無窮這個符號最早被用于某些秘密宗教,通常代表人類中的神性,而書寫此符號時兩圓的不對等代表人神間的差距,例如神學家鄧斯·司各脫(Duns Scotus)的著作中,雅威的無限能量是運用在無約束上,而不是運用在無限量上。在哲學方面,無窮可以歸因于空間和時間。在神學和哲學兩方面,無窮又作為無限,很多文章都探討過無限、絕對、上帝和芝諾悖論等的問題。

在數學方面,無窮與下述的主題或概念相關:數學的極限、阿列夫數、集合論中的類、戴德金無限集合、羅素悖論、超實數、射影幾何、擴展的實數軸、絕對無限及康托爾的超窮數學理論。在一些主題或概念中,無窮被認為是一個超越邊界而增加的概念,而不是一個數。

早期觀點

最早關于無限的記載出現在印度的夜柔吠陀(公元前1200-900)。書中說:“如果你從無限中移走或添加一部分,剩下的還是無限。”

印度耆那教的經書《Surya Prajnapti》()把數分作三類:“可計的”、“不可計的”及“無限”。每一類再細分成三種階:

1.可計的:小的、中的與大的。

2.不可計的:接近不可計的、真正不可計的、沒有方法去計的,以及無限也包括在內。

3.無限:接近無限、真正無限與無窮無盡。

現代科學家解析古代羊皮卷中的阿基米德手稿,在殘卷《方法》命題14中,發現阿基米德開始計算無窮大的數目。他采取近似于19世紀微積分與集合論的手法,計算了兩組無窮大的集合,以求和的方法,證明它們之間的數目是相等的。

這是在人類記載上第一次出現無限也可以分類這一個念頭。

近代

伽利略·伽利萊最先發現一個集合跟它自己的真子集可以有相同的大小。他用上一一對應的概念說明自然數集跟子集平方數集一樣多,就是對應正是用于研究無限必要的手法。

無限大的符號

無限大的符號是1655年由約翰·沃利斯開始使用,其符號是U+221E,“∞”INFINITY。在開始使用后,也用在數學以外的領域,例如現代神秘主義及符號學

數學中的無窮

無限大的符號

無限大的符號是,其Unicode為U+221E“∞”INFINITY,在LaTeX中表示為。

無限大的符號是1655年由約翰·沃利斯開始使用,在開始使用后,也用在數學以外的領域,例如現代神秘主義及符號學。

幾何學和拓撲學

無限維的空間常用在幾何學拓撲學中,尤其是在分類空間,也就是Eilenberg?MacLane空間。常見的例子包括無限維的復射影空間K(Z,2),以及無限維的實射影空間K(Z/2Z,1)。

分形

分形的結構可以重復的放大,分形可以無限次的放大,但不會變的圓滑,而且仍維持原有的結構,分形的周長是無限的,有些的面積無限,但有些的面積卻是有限。像科赫曲線就是有無限周長和有限面積的例子。

沒有無窮的數學

克羅內克懷疑無限的概念,也懷疑1870年代及1880年代時數學家使用無限的方式。這種懷疑主義形成一種稱為有限主義的數學哲學,是屬于數學結構主義及數學直覺主義中的一種極端形式。

物理中的無窮

在物理上,實數的近似會用在連續量的量測上,自然數的近似會用在離散的量測上。因此科學家假設沒有可觀察量會到無窮的數值,這是因為科學家很自然的,事實上已經是默認的接受了這樣的事情:即在真實的物理場景里,是不存無窮大的可觀測物理量的。在例如在擴展的實數軸上取一個無窮的值,或是需要計算某個無窮次事件的次數。因此會預設沒有任何物體會有無窮的質量或是能量。有些事物的概念和無限有關,例如無限平面波,但現今尚沒有方法可以由實驗產生無限平面波。

電腦中的無窮

浮點數標準中定義了正無限大及負無限大,定義為溢位、除以零或其他異常程序的結果。

像Java及J語言編程語言允許在程式中直接用類似常數的方式存取正負無限大。正負無限大可以作為最大元,因為比所有其他的數都大(或是小)。正負無限大也可以做為像排序、搜尋或窗函數等算法中的哨兵值,找到這個值時可以結束計算。

在一些沒有最大或最小元素,但允許關系運算子多載的編程語言中,程序員也可以“創建”最大及最小元素。若語言不允許直接存取最大或最小元素,但有浮點數的形態,也可以用特定的運算產生正負無限大,再進行其他處理。

微軟的Visual Studio用無窮大符號作為圖標。

科學中的無窮

透視藝術使用了消失點或是無窮遠點的概念.也就是放在觀察者無窮遠處的一個點。因此畫家可以繪制有現實感空間及距離的作品。藝術家莫里茨·埃舍爾就常將無窮的概念用在他的作品中。

認知科學家喬治·萊考夫將數學及科學中無限的概念視為一個隱喻。這個觀點是基于簡單的無限隱喻,定義為一直遞增的數列<1,2,3,...>。

無限的符號常浪漫的表示永恒的愛,許多現代的珠寶就在其造型中加入無限的符號。

Crypton Future Media的角色主唱系列中CV-03巡音流歌的人物形象即包含無窮大的符號以象征“循環、巡回”之意。

參考資料 >

2021 vivo開發者大會看點前瞻:萬物互聯或將徹底打破空間局限性.百家號.2024-02-01

探索無窮:從數學基礎的視角.whu.edu.2024-02-01

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