Sejarah integer

Nombor pertama

Penggunaan nombor buat pertama kali yang diketahui bertarikh sejak sekitar 30000 SM, ketika gundal digunakan oleh orang-orang Paleolitik. Contoh terawal yang dikenali ialah dari sebuah gua di bahagian selatan Afrika. . Sistem ini tidak mempunyai konsep nilai tempat (seperti dalam notasi perpuluhan yang digunakan sekarang) dan oleh itu, mengehadkan perwakilan nombor yang besar. Sistem pertama yang diketahui mempunyai nilai tempat ialah sistem asas 60 Mesopotamia (k.k. 3400 SM), dan sistem asas 10 terawal yang dikenali wujud sejak 3100 SM di Mesir.

Sejarah sifar

Penggunaan sifar sebagai satu nombor harus dibezakan daripada penggunaannya sebagai satu angka pemegang tempat dalam sistem-sistem nilai tempat. Banyak teks India kuno menggunakan perkataan Sanskrit shunya untuk merujuk kepada konsep lowong; dalam teks matematik, perkataan ini sering digunakan untuk merujuk kepada nombor sifar. . Dengan cara yang sama, Pāṇini (abad ke-5 SM) menggunakan pengoperasi nol (sifar, iaitu penerbitan lambda) dalam tatabahasa algebranya, Ashtadhyayi, untuk bahasa Sanskrit (lihat juga Pingala)

Rekod-rekod menunjukkan bahawa orang-orang Yunani kelihatan tidak pasti tentang status sifar sebagai satu nombor: mereka tertanya-tanya tentang "bagaimana 'tidak ada apa-apa' boleh merupakan sesuatu?", dan menimbulkan perdebatan falsafah dan menjelang Zaman Pertengahan, juga perdebatan agama yang menarik tentang sifat dan kewujudan sifar serta hampagas. Paradoks Zeno dari Elea bergantung sebahagian besar kepada tafsiran sifar yang tidak pasti. (Orang-orang Yunani juga mempersoalkan tentang adakah 1 merupakan salah satu nombor.)

Orang-orang Olmec dari Mexico tengah selatan yang lebih lewat memulakan penggunaan sifar benar di dalam Dunia Baru, mungkin sejak abad ke-4 SM tetapi pasti pada 40 SM. Sifar benar itu dijadikan oleh mereka sebagai satu angka yang perlu untuk angka-angka Maya dan takwim Maya, tetapi penggunaan mereka ini tidak mempengaruhi sistem-sistem angka Dunia Lama.

Menjelang tahun 130 Masihi, Ptolemy yang dipengaruhi oleh Hipparchus dan orang-orang Babylon, menggunakan satu simbol untuk sifar (satu bulatan kecil dengan satu palang yang panjang di atasnya) yang sebelum itu, menggunakan abjad dalam sistem angka perenampuluhan. Disebabkan nombor sifar ini digunakan secara berasingan, dan bukan sahaja sebagai pemegang tempat, sifar keyunanian ini merupakan penggunaan sifar benar yang 'didokumenkan' buat pertama kali di dalam Dunia Lama. Untuk manuskrip-manuskrip Rom Timur yang kemudian bagi karynanya, Syntaxis Mathematica (Almagest), bentuk sifar keyunanian Ptolemy telah diubah menjadi huruf Greek, omikron (sebelum itu bermaksud 70).

Menjelang tahun 525 Masihi, lagi satu sifar benar telah digunakan di dalam jadual-jadual, bersama-sama dengan angka Rom (penggunaan pertama yang diketahui adalah oleh Dionysius Exiguus), tetapi sebagai perkataan, iaitu nulla yang bermaksud tidak ada satu pun, dan bukannya sebagai satu simbol. Apabila pembahagian menghasilkan sifar sebagai bakinya, nihil yang juga bermaksud tiada ada satu pun, digunakan. Sifar-sifar Zaman Pertengahan ini digunakan oleh semua komputus (penghitung Easter) Zaman Pertengahan yang kemudian. Pada sekitar 725 Masihi, parap N telah digunakan di dalam jadual angka Rom oleh Bede, atau teman sekerjanya, dan merupakan satu penggunaan terasing, serta satu simbol sifar yang benar.

Satu penggunaan sifar yang awal oleh Brahmagupta yang telah didokumenkan di dalam Brahmasphutasiddhanta bertarikh sejak tahun 628 Masihi. Beliau mengolahkan sifar sebagai satu nombor, dan membincangkan operasi-operasi yang melibatkannya, termasuk pembahagian. Pada masa ini, iaitu abad ke-7, konsep ini jelas telah tiba di Kemboja, dan dokumen-dokumen menunjukkan bahawa idea ini kemudian tersebar ke China dan dunia Islam.

Sejarah nombor negatif

Konsep abstrak bagi nombor-nombor negatif telah diakui seawal 100 - 50 SM. Karya Cina, "Sembilan Bab mengenai Seni Matematik" (Jiu-zhang Suanshu) mengandungi kaedah-kaedah untuk menentukan keluasan gambar rajah; palang merah digunakan untuk menandakan pekali positif, dan palang hitam untuk pekali negatif. Ini merupakan sebutan nombor negatif yang pertama diketahui di dunia Timur; rujukan pertama dalam karya Barat adalah pada abad ke-3 di Greece. Diophantus merujuk kepada persamaan 4 x + 20 = 0 {\displaystyle 4x+20=0} (penyelesaiannya adalah negatif) di dalam karyanya, Arithmetica, dan mengatakan bahawa persamaan itu memberikan hasil bukan-bukan.

Semasa dekad 600-an, nombor-nombor negatif telah digunakan di India untuk mewakili hutang. Rujukan-rujukan Diophantus dahulu telah dibincangkan dengan lebih ketara oleh Brahmagupta, ahli matematik India, di dalam karyanya Brahma-Sphuta-Siddhanta pada tahun 628 Masihi. Beliau menggunakan nombor-nombor negatif untuk menghasilkan rumus kuadratik, satu bentuk am yang masih digunakan pada hari ini. Bagaimanapun pada abad ke-12 di India, Bhaskara memberikan punca kuasa negatif untuk persamaan-persamaan kuadratik, tetapi berkata bahawa nilai negatif "dalam kes ini tidak diambil kerana tidak sempurna; orang-orang tidak akan bersetuju dengan punca-punca kuasa negatif."

Ahli-ahli matematik Eropah biasanya menahan konsep nombor-nombor negatif sehingga abad ke-17, walaupun Fibonacci membenarkan penyelesaian negatif yang ditafsirkannya sebagai debit (bab 13 daripada Liber Abaci, 1202) dan kemudiannya sebagai kerugian (dalam Flos). Pada waktu yang sama, orang-orang Cina menandakan nombor-nombor negatif melalui satu coret serong pada digit bukan sifar yang paling kanan untuk angka nombor positif yang sepadan. Penggunaan pertama nombor negatif dalam karya Eropah adalah oleh Chuquet pada abad ke-15. Beliau menggunakannya sebagai eksponen, tetapi merujuk kepadanya sebagai "nombor bukan-bukan"

Baru-baru pada abad ke-18, ahli mathematik Switzerland, Leonhard Euler, mempercayai bahawa nombor negatif adalah lebih besar berbanding dengan ketakterhinggaan. Adalah amalan biasa pada masa itu untuk tidak mengendahkan sebarang hasil negatif yang dikembalikan oleh persamaan, berdasarkan andaian bahawa angka-angka itu tidak bermakna.

Sejarah nombor rasional, nisbah, dan nombor nyata

Sejarah nombor rasional

Konsep nombor-nombor pecahan mungkin wujud sejak zaman prasejarah. Orang-orang Mesir Kuno juga menulis teks matematik yang memerihalkan bagaimana mengubahkan pecahan menjadi notasi khas. Ahli matematik Greek klasik dan India mengkaji teori nombor rasional sebagai sebahagian kajian am untuk teori nombor. Kajian yang paling terkenal ialah Unsur-unsur Euclid yang wujud sejak kira-kira 300 SM. Antara teks-teks India, kajian yang paling berkait ialah Sutra Sthananga yang juga merangkumi teori nombor sebagai sebahagian kajian am matematik.

Konsep pecahan perpuluhan amat berkait dengan notasi nilai tempat perpuluhan; kedua-dua ini nampaknya berkembang bersama-sama. Umpamanya, sutra-sutra matematik Jain biasanya termasuk penghitungan penghampiran pecahan perpuluhan untuk pi atau punca kuasa dua untuk dua. Serupa juga, teks-teks matematik Babylon selalu menggunakan pecahan-pecahan perenam-puluhan dengan amat kerap.

Sejarah nisbah

Penggunaan nombor tak nisbah terawal yang diketahui terdapat dalam Sulba Sutra India yang dikarang sekitar 800-500 SM. Bukti kewujudan terawal nombor tak nisbah dipercayai berpunca daripada Pythagoras, atau secara lebih khususnya pengikut beliau Hippasus dari Metapontum, yang menghasilkan bukti (paling mungkin secara geometri) ketaknisbahan punca kuasa dua dari 2. Mengikut kisah, Hippasus menemui nombor tak nisbah ketika cuba menggambarkan punca kuasa dua 2 sebagai satu pecahan. Namun, Pythagoras percaya akan kemutlakan nombor, dan tidak dapat menerima kewujudan nombor tak nisbah. Beliau tidak mampu membuktikan ketidakwujudannya melalui logik, namun kepercayaan beliau tidak mampu menerima kewujudan nombor tak nisbah maka beliau menghukum mati Hippasus dengan melemaskannya.

Abad ke-16 melihatkan penerimaan muktamad nombor negatif, integer dan pecahan oleh orang Eropah. Abad ke-17 melihatkan pecahan perpuluhan dengan notasi moden digunakan secara meluas oleh ahli matematik. Namun, hanya ketika abad-19 barulah nombor tak nisbah dibahagi kepada bahagian algebra dan transendental, dan satu kajian saintifik mengenai teori monbor tak nisbah timbul lagi setelah lama terpendam sejak zaman Euclid. Tahun 1872 menyaksikan penerbitan teori-teori Karl Weierstrass (oleh anak muridnya Kossak), Heine (Crelle, 74), Georg Cantor (Annalen, 5), dan Richard Dedekind. Pada tahun 1869 kajian Méray menyimpang dari titik yang serupa dengan Heine, namun teori itu dirujuk secara amnya kepada tahun 1872. Keadah Weierstrass telah dikemukakan sepenuhnya oleh Pincherle (1880), dan kadeah Dedekind pula menerima makin menonjol melalui kerja-kerja lanjutan pengarang tersebut (1888) dan disusuli dukungan oleh Paul Tannery (1894). Weierstrass, Cantor, dan Heine mengasaskan teori masing-masing pada siri tak terhingga, manakala Dedekind mengasaskan teori beliau pada idea potongan (Schnitt) dalam sistem nombor nyata, maka memisahkan semua nombor nisbah kepada dua kumpulan yang melihatkan ciri-ciri biasa yang tertentu. Subjek ini kemudiannya menerima sumbangan lanjut di tangan Weierstrass, Kronecker (Crelle, 101), dan Méray.

Pecahan berlanjar yang berkait rapat dengan nombor tak nisbah (dan oleh sebab Cataldi, 1613), menarik perhatian di tangan Euler, dan pada awal abad ke-19 pula ditonjolkan melalui penulisan Joseph Louis Lagrange. Sumbangan penting lain turut dilakukan oleh Druckenmüller (1837), Kunze (1857), Lemke (1870), dan Günther (1872). Ramus (1855) mula-mula menghubungkaitkan subjek ini dengan penentu, mencetuskan sumbangan seterusnya oleh Heine, Möbius, dan Günther, dalam teori Kettenbruchdeterminanten. Dirichlet juga menokok tambah teori amnya, seperti mana yang dilakukan ramai penyumbang kepada aplikasi subjek ini.

Nombor transenden dan nombor nyata

Hasil kajian terulung mengenai nombor transenden merupakan bukti yang dikemukakan oleh Johann Heinrich Lambert pada tahun 1761 bahawa π tidak boleh berbentuk nombor nisbah, dan juga bahawa en tidak nisbah jika n nisbah (melainkan n = 0). (Pemalar e pertama kali disentuh dalam kerja John Napier tahun 1618 mengenai logaritma.) Legendre memperkuatkan bukti ini untuk menunjukkan bahawa π bukan kuasa dua kepada suatu nombor nisbah. Pencarian kuasa persamaan kuintik dan berdarjah lebih tinggi merupakan perkembangan penting, teorem Abel–Ruffini (Ruffini 1799, Abel 1824) menunjukkan bahawa ini tidak boleh diselesaikan dengan radikal (formula yang hanya melibatkan operasi dan punca aritmatik). Maka, adalah perlu untuk mengambil kira set nombor algebra yang lebih luas (segala penyelesaian kepada persamaan-persamaan polinomial). Évariste Galois (1832) mengaitkan persamaan-persamaan polinomial kepada teori kelompok yang membangkitkan bidang teori Galois.

Set nombor algebra pun tidak mencukupi dan set penuh nombor nyata termasuklah nombor transenden, yang kewujudannya dibutkikan puat julung kalinya oleh Joseph Liouville (1844, 1851). Pada tahun 1873, Charles Hermite membuktikan bahawa e adalah nombor transenden dan pada tahun 1882, Ferdinand von Lindemann membuktikan bahawa π juga transenden. Akhirnya Cantor menunjukkan bahawa set segala nombor nyata adalah tidak berkira dan tidak terhingga tetapi set segala nombor algebra adalah tidak terhingga tetapi berkira, maka terdapatlah bilangan nombor transenden yang tidak berkira dan tidak terhingga.

Ketakterhinggaan

Tanggapan terawal yang diketahui mengenai ketakterhinggaan matematik muncul di dalam Veda Yajur yang pada sebahagiannya menyatakan: "jika anda mengeluarkan sebahagian daripada ketakterhinggaan atau menambah sebahagian kepadanya, hasilnya masih merupakan ketakterhinggaan". Ketakterhinggaan merupakan satu topik kajian falsafah yang popular antara ahli-ahli matematik Jain pada kira-kira 400 SM. Mereka membezakan antara lima jenis ketakterhinggaan: tak terhingga pada satu atau dua arah, keluasan yang tak terhingga, ketakterhinggaan pada mana-mana satu arah, dan ketakterhinggan sepanjang masa.

Di dunia Barat, tanggapan tradisional mengenai ketakterhinggaan matematik ditakrifkan oleh Aristotle yang membezakan ketakterhinggaan sebenar dan ketakterhinggaan berpotensi; sepersetujuan yang dicapai adalah bahawa hanya ketakterhinggaan berpotensi mempunyai nilai benar. Karya Galileo, Dua Sains Baru, membincangkan idea kesepadanan satu ke satu antara set-set tak terhingga. Bagaimanapun, kemajuan utama yang berikutnya dibuat oleh Georg Cantor pada tahun 1895 apabila beliau menerbitkan sebuah buku mengenai teori set yang baru, dan memperkenalkan hipotesis kontinum, antara lain.

Versi geometri moden untuk ketakterhinggaan diberikan oleh geometri unjuran yang memperkenalkan "titik-titik unggul pada ketakterhinggaan," dengan satu titik bagi setiap arah ruang. Setiap keluarga garis-garis selari pada satu arah yang tertentu dipostulatkan akan bertemu di titik unggul yang sepadan. Ini amat berkait dengan idea titik-titik lenyap di dalam lukisan perspektif.

Nombor kompleks

Sentuhan sepintas lalu yang terawal mengenai punca kuasa dua nombor negatif didapati dalam kerja ahli matematik dan pencipta Greek, Heron dari Alexandria, pada abad pertama M, apabila beliau mengambil kira isi padu sesuatu frustum mustahil dalam piramid. Perihal punca kuasa dua nombor negatif ini menonjol pada abad ke-16 apabila formula-formula tertutup untuk punca-punca polinomial darjah ketiga dan keempat ditemui oleh ahli matematik Itali (lihat Niccolo Fontana Tartaglia, Gerolamo Cardano). Tidak lama kemudian, adalah didapati bahawa formula-formula ini, sungguhpun jika seseorang itu hanya berminat terhadap penyelesaian nyata, namun kadang-kala memerlukan manipulasi punca kuasa dua nombor negatif.

Inipun makin membingungkan kerana mereka tidak pun mengamil kira nombor negatif dengan dasar yang kuat pada masa itu. Istilah "hayalan" bagi kuantiti-kuantiti ini dicadangkan oleh René Descartes pada tahun 1637 dan sepatutnya membawa erti penghinaan (lihat nombor hayalan bagi membincangkan "realiti" nombor kompleks). Satu lagi sumber kekeliruan ini adalah bahawa persamaan − 1 2 = − 1 − 1 = − 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}^{2}={\sqrt {-1}}{\sqrt {-1}}=-1} kelihatan tidak konsisten dan tidak menentu dengan identiti algebra a b = a b {\displaystyle {\sqrt {a}}{\sqrt {b}}={\sqrt {ab}}} yang sah untuk nombor nyata positif a dan b, serta juga digunakan dalam pengiraan nombor kompleks dengan mana-mana antara a, b positif dan nombor negatif yang lain. Penyalahgunaan identiti ini (dan identiti 1 a = 1 a {\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {a}}}={\sqrt {\frac {1}{a}}}} yang berkaitan) yang mana kedua-dua a dan b adalah engatif pun membingungkan Euler. Kesulitan ini kemudiannya membawa beliau kepada kelaziman menggunakan simbol khas i untuk menggantikan − 1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}} untuk mencegah kesilapan ini.

Abad ke-18 melihatkan titik peluh Abraham de Moivre dan Leonhard Euler. De Moivre (1730) dihargai dengan formula terkenal yang dinamakan bersempena beliau, iaitu formula de Moivre:

( cos ⁡ θ + i sin ⁡ θ ) n = cos ⁡ n θ + i sin ⁡ n θ {\displaystyle (\cos \theta +i\sin \theta )^{n}=\cos n\theta +i\sin n\theta \,}

dan Euler (1748) pula formula analisa kompleks Euler:

cos ⁡ θ + i sin ⁡ θ = e i θ . {\displaystyle \cos \theta +i\sin \theta =e^{i\theta }.\,}

Kewujudan nombor kompleks tidak diterima sepenuhnya sehingga petafsiran geometri telah dihuraikan oleh Caspar Wessel pada tahun 1799; pentafsiran ini ditemui semula beberapa tahun kemudian dan dipopularkan oleh Carl Friedrich Gauss, dan kesannya, teori nombor kompleks mengalami satu pengembangan yang penting. Apa pun, dea gambaran nombor kompleks secara grafik turut timbul seawal tahun 1685, dalam De Algebra tractatus oleh John Wallis.

Juga pada tahun 1799, Gauss mengemukakan bukti diterima umum pertama bagi teorem asas algebra, untuk menunjukkan bahawa setiap polinomial pada nombor kompleks mempunyai set penuh penyelesaian dalam bidang ini. Penerimaan umum teori nombor kompleks ini tidak sedikit pun merupakan hasil Augustin Louis Cauchy dan Niels Henrik Abel, khususnya Abel yang merupakan yang pertama untuk berani menggunakan nombor kompleks lalu mencapai kejayaan yang terkenal.

Gauss mengkaji nombor-nombor kompleks bagi bentuk a + b i {\displaystyle a+bi} , yang mana a dan b adalah integer atau nisbah (dan i ialah salah satu daripada dua punca x 2 + 1 = 0 {\displaystyle x^{2}+1=0} ). Anak muridnya, Ferdinand Eisenstein, mengkaji a + b ω {\displaystyle a+b\omega } , yang mana ω {\displaystyle \omega } ialah punca kompleks bagi x 3 − 1 = 0 {\displaystyle x^{3}-1=0} . Kelas-kelas nombor kompleks sedemikian yang lain (iaitu medan siklotomik) berasal daripada punca kesean x k − 1 = 0 {\displaystyle x^{k}-1=0} bagi nilai-nilai k {\displaystyle k} yang lebih tinggi. Pengitlakan ini banyak berpunca daripada Kummer yang juga mencipta nombor unggul yang diungkapkan sebagai entiti geometri oleh Felix Klein pada tahun 1893. Teori am medan-medan ini direka oleh Évariste Galois yang mengkaji medan-medan yang dijana olej akar kepada mana-mana persamaan polinomial

  F ( x ) = 0. {\displaystyle \ F(x)=0.}

pada tahun 1850 Victor Alexandre Puiseux mengambil langkah penting untuk membezakan antara kutub dan titik cabang, dan memperkenalkan konsep titik tunggal asas; ini kemudiannya akan membawa kepada konsep satah kompleks dilanjutkan.

Nombor perdana

Nombor-nombor perdana telah dikaji pada sepanjang sejarah tercatat. Euclid mengekhaskan sebuah buku dalam Unsur-unsurnya untuk teori nombor perdana; dalam buku itu, beliau membuktikan ketakterhinggaan nombor-nombor perdana serta teorem asas aritmetik, dan menyampaikan algoritma Euclid untuk memperoleh pembahagi sepunya terbesar untuk dua nombor.

Pada tahun 240 SM, Eratosthenes menggunakan Saringan Eratosthenes untuk mengasingkan nombor-nombor perdana dengan cepat. Bagaimanapun, kebanyakan perkembangan lanjutan bagi teori nombor perdana di Eropah wujud sejak Zaman Pembaharuan Renaissance dan zaman-zaman kemudian.

Pada tahun 1796, Adrien-Marie Legendre menerka teorem nombor perdana, dan memerihalkan taburan asimptot untuk nombor-nombor perdana. Hasil-hasil lain mengenai taburan nombor perdana termasuk bukti Euler yang menyatakan bahawa hasil tambah untuk salingan-salingan mencapah, serta konjektur Goldbach yang mendakwa bahawa mana-mana satu nombor genap yang cukup besar adalah hasil tambah dua nombor perdana. Lagi satu konjektur yang berkaitan dengan taburan nombor-nombor perdana ialah hipotesis Riemann yang dirumuskan oleh Bernhard Riemann pada tahun 1859. Teorem nombor perdana akhirnya dibuktikan oleh Jacques Hadamard dan Charles de la Vallee-Poussin pada tahun 1896.