Математические знаки
Математи́ческие зна́ки, условные обозначения, предназначенные для записи математических понятий, предложений и выкладок. Развитие математических знаков (математической символики) связано с общим развитием понятий и методов математики. Первыми математическими знаками были знаки для изображения чисел – цифры, возникновение которых, по-видимому, предшествовало появлению письменности. Наиболее древние системы нумерации и счисления – вавилонская и египетская – появились ещё за 2500–3000 лет до н. э.
Первые математические знаки для произвольных величин появились в 5–4 вв. до н. э. в Греции. Величины (площади, объёмы, углы) изображались в виде отрезков, а произведение двух однородных величин – в виде прямоугольника, построенного из отрезков, соответствующих этим величинам. В «Началах» Евклида величины обозначались двумя буквами, соответствующими началу и концу отрезка, а иногда и одной буквой. У Архимеда последний способ стал обычным. Такие обозначения содержали в себе возможности развития буквенного исчисления, однако в античной математике буквенное исчисление не было создано, только в позднеэллинистическую эпоху в результате освобождения алгебры от геометрической формы появились начала буквенного изображения величин и операций над ними.
Создание современной алгебраической символики относится к 14–17 вв.; оно связано с потребностями практической арифметики и учения об уравнениях. В различных странах независимо друг от друга появлялись математические знаки для действий над величинами. Проходили многие десятилетия и даже века, прежде чем вырабатывался тот или иной удобный математический знак. Так, в конце 15 в. французский учёный Н. Шюке и итальянский математик Л. Пачоли употребляли знаки сложения и вычитания (от латинского plus и minus), немецкий математик Я. Видман ввёл знаки + и –. В 17 в. использовалось около десятка математических знаков для обозначения умножения (среди них были и ). Из современных знаков деления старейшим является горизонтальная черта, которая встречалась у Леонардо Пизанского. Различными были математические знаки для обозначения неизвестной и её степеней. Так, в 16 – начале 17 вв. конкурировало более 10 обозначений для квадрата неизвестной, в числе которых были . Использование буквы для неизвестной величины, вероятно, произошло от арабского слова shei – «вещь», которое в Средние века писалось по-латыни xei, а затем сократилось до .
В 16 и начале 17 вв. вошли в употребление знаки равенства у английского учёного Р. Рекорда (1557), квадратные скобки у итальянского математика Р. Бомбелли (1550), круглые скобки у Н. Тартальи (1556), фигурные скобки у Ф. Виета (1593).
Шагом вперёд в развитии математической символики явилось введение Виетом (1591) математических знаков для постоянных величин в виде прописных согласных букв латинского алфавита и прописных гласных букв для неизвестных, что дало ему возможность записывать алгебраические уравнения с произвольными коэффициентами и оперировать с уравнениями. Р. Декарт (1637) придал знакам алгебры современный вид, обозначая неизвестные последними строчными буквами латинского алфавита , , , а постоянные величины – начальными буквами , , . Ему же принадлежит современная запись степени. Обозначения Декарта обладали существенными преимуществами по сравнению со всеми предыдущими, поэтому они получили всеобщее распространение.
Дальнейшее развитие математических знаков связано с созданием анализа бесконечно малых, для разработки символики которого основа была уже подготовлена в алгебре. И. Ньютон (1666) ввёл знаки для последовательных производных функции в виде . Дж. Валлис (1655) предложил знак бесконечности .
Создателем современной символики дифференциального и интегрального исчислений является Г. В. Лейбниц. Он первым понял огромное значение математических знаков и старался найти наиболее удобные символы для записи понятий математики. Ему, в частности, принадлежат употребляемые ныне математические знаки дифференциалов и интеграла .
Важная роль в создании символики современной математики принадлежит Л. Эйлеру. Он ввёл (1734) в общее употребление первый знак переменной операции, а именно – знак функции . И. Бернулли (1718) для обозначения функции применял знак . После работ Эйлера знаки для многих индивидуальных функций, например тригонометрических, приобрели вид, который сохранился до настоящего времени. Эйлер ввёл обозначения постоянных (основание натуральных логарифмов, 1736), (1736), мнимой единицы (1777, опубликовано в 1794), которые стали общеупотребительными.
В 19 в. роль символики возрастает и наряду с созданием новых математических знаков математики стремились к стандартизации основных символов. Некоторые широко употребимые ныне математические знаки появились в это время, например знаки абсолютной величины (К. Вейерштрасс, 1841), определителя и матрицы (А. Кэли, 1841), вектора (О. Коши, 1853), дифференциальных операций rot и div (английский математик У. Клиффорд, 1878). Многие теории, возникшие в 19 в., например тензорное исчисление, не могли быть развиты без подходящей символики. Даты возникновения некоторых современных математических знаков см. в таблице.Математические знаки
Знак | Название | Кем и когда введён | Знак | Название | Кем и когда введён |
Знаки индивидуальных объектов | частная производная | А. Лежандр, 1786 | |||
бесконечность | Дж. Валлис, 1655 | определённый интеграл | Ж. Фурье, 1819-22 | ||
отношение длины окружности к диаметру | У. Джонс, 1706; Л. Эйлер, 1736 | сумма | Л. Эйлер, 1755 | ||
основание натуральных логарифмов | Л. Эйлер, 1736 | произведение | К. Гаусс, 1812 | ||
квадратный корень из | Л. Эйлер, 1777 (опубл. в 1794) | факториал | К. Крамп, 1808 | ||
единичные векторы | У. Гамильтон, 1853 | целая часть | К. Гаусс, 1808 | ||
Знаки переменных объектов | модуль | К. Вейерштрасс, 1841 | |||
неизвестные или переменные величины | Р. Декарт, 1637 | норма | С. Люилье, 1786; Э. Шмидт, 1908 | ||
вектор | О. Коши, 1853 | предел | У. Гамильтон, 1853 | ||
Знаки индивидуальных операций | гамма-функция | А. Лежандр, 1808 | |||
сложение, вычитание | Я. Видман, 1489 | бета-функция | Ж. Бине, 1839 | ||
умножение | У. Оутред, 1631 | дзета-функция | Б. Риман, 1857 | ||
умножение | Г. В. Лейбниц, 1698 | дельта (оператор Лапласа) | Р. Мёрфи, 1833 | ||
деление | Г. В. Лейбниц, 1684 | набла (оператор Гамильтона) | У. Гамильтон, 1853 | ||
степени | Р. Декарт, 1637; И. Ньютон, 1676 | дивергенция, вихрь (ротор) векторного поля | У. Клиффорд, 1878 | ||
корни | К. Рудольф, 1525 | Знаки переменных операций | |||
логарифм | И. Кеплер, 1624; Б. Кавальери, 1632 | функция | И. Бернулли, 1718; Л. Эйлер, 1734 | ||
натуральный логарифм | А. Принсхейм, 1893 | Знаки индивидуальных отношений | |||
синус, косинус, тангенс | Л. Эйлер, 1748; 1753 | равенство | Р. Рекорд, 1557 | ||
арксинус | Ж. Лагранж, 1772 | приблизительно, равно | А. Гюнтер, 1882 | ||
гиперболический синус, гиперболический косинус | В. Риккати, 1757 | больше, меньше | Т. Гарриот, 1631 | ||
дифференциал | Г. В. Лейбниц, 1675 (опубл. в 1684) | сравнимость | К. Гаусс, 1801 | ||
неопределённый интеграл | Г. В. Лейбниц, 1675 (опубл. в 1686) | тождество | Б. Риман, 1857 | ||
дифференцирование | Г. В. Лейбниц, 1675 | параллельность | У. Оутред (опубл. в 1677) | ||
производные | И. Ньютон, 1666 | перпендикулярность | П. Эригон, 1634 | ||
производная | Ж. Лагранж, 1770; 1779 | объединение, пересечение | Дж. Пеано, 1888 | ||
разность, приращение | Л. Эйлер, 1755 | содержится, включается | Э. Шрёдер, 1890 | ||
принадлежность | Дж. Пеано, 1895 |
Среди математических знаков можно выделить следующие основные группы: а) знаки объектов, б) знаки операций, в) знаки отношений. Например, знаки обозначают объекты, являющиеся числами. Знак операции сложения сам по себе не обозначает никакого объекта; он получает предметное содержание, когда указано, какие числа складываются, например . Знак (больше) есть знак отношения между числами. Знак отношения получает определённое содержание, когда указано, отношение между какими объектами рассматривается. К перечисленным трём основным группам математических знаков примыкает четвёртая группа г) вспомогательных знаков, устанавливающих порядок сочетания основных знаков. Представление о знаках этой группы дают скобки, указывающие порядок действий.
Знаки каждой из трёх основных групп бывают двух родов: индивидуальные знаки вполне определённых объектов, операций и отношений; общие знаки переменных (или неизвестных) объектов, операций и отношений. Примерами знаков 1-го рода являются: обозначения натуральных чисел ; трансцендентных чисел и , мнимой единицы ; знаки арифметических действий , , , ; извлечения корня ; дифференцирования ; знаки индивидуальных функций ; знаки равенства и неравенства , , , знаки параллельности и перпендикулярности .
Примерами знаков 2-го рода являются: обозначения точек, прямых, плоскостей и более сложных геометрических фигур буквами в геометрии; обозначения , , для функций и обозначения операторного исчисления, когда одной буквой изображают, например, произвольный оператор вида
Обозначения для «переменных отношений» менее распространены, они находят применение лишь в математической логике и в сравнительно абстрактных, преимущественно аксиоматических, математических исследованиях.