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“有温度的数学”——方程的意义如何表述?

时间:2024-08-15 10:30:04

方程是含有未知数的一种等式,而不是全部,因为一些含有未知数的等式就不是方程。首先方程中的未知数是特定的,也就是特指的某个数,不是一类数、更不是变量。

如:字母泛指任意数。描述加法交换律的式子a+b=b+a,也是含有字母的等式,但并不是方程。

字母表示某一类数。例如三角形面积计算公式是S=ah÷2,其中a是底边长度,h是高,这也和方程没关系。但在具体解决某个具体问题时,a和h就是特定的底和高,此时列出的等式就是方程。

字母表示变量。例如函数也是含有字母的等式:y=1/x。它们虽然可以看作是线性方程,一旦作为函数进行研究,在意义上与方程是不同的。但如果只是为解决函数某个点的未知量而列的等式就另当别论了,此时的等式不是作为函数出现而是方程。

这样看来,以往教材说“含有未知数的等式叫方程”就显得不够严密。

含有未知数的等式未必就是方程,比如4x-3x=x是一个含有未知数的等式,可这个等式表示的是符号运算,不是通常意义所说的方程,为什么会出现这种情况呢?问题出在定义中的“含有未知数”,这个性质不足以约束构成方程的等式,按照通常理解,所谓等式就是含有等号的数学式子,而等号具有两个功能:第一个功能表示数值(包括符号)运算的传递性,第二个功能表示等式两边的数量相等。因此第一个功能只在讲述一个故事,在这一个故事中数值(包括符号)是等价的、是可以递推的;第二个功能必须讲两个故事,在这两个故事中两个数量的意义可以不同、但数量相等。方程利用的是等号的第二个功能,而4x-3x=x利用的是等号的第一个功能。基于这个理由,含有未知数的等式就未必是方程。所以,2013年人教版教材将方程定义为“方程是含有未知数的等式”,描述的顺序改变了,方程的概念就严密了。如果有人拿“x=1”讨论是不是方程之类,就是没有意义的自我折腾,不足为训。如果非要给个答案的话,“x=1”也是方程,作为方程的解也保留了方程的形式。

方程概念的核心是“求”未知数。作为一种数学模型的方程是为了让人去“解”的。谈方程,必须说到“求出未知数”,这似乎成了判断是不是方程的“底线”。

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