
以下文章经许可转载自 The Conversation,这是一个报道最新研究的在线出版物。
尽管 x 是 英语字母表中最少使用的字母之一,但它贯穿于美国文化——从 斯坦·李的 X 战警超级英雄 到 “X 档案” 电视剧。字母 x 通常象征着未知的事物,带有一种神秘感,可能很吸引人——看看埃隆·马斯克的 SpaceX、特斯拉 Model X,以及现在 推特更名为 X 就知道了。
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您可能最熟悉数学课上的 x。许多代数问题使用 x 作为变量,代表一个未知量。但为什么选择 x 这个字母来承担这个角色?这种惯例何时何地开始的?
数学爱好者提出了一些不同的解释——有些引用翻译,另一些则指向更具印刷排版起源的解释。每种理论都有一定的道理,但 像我这样的数学史学家 知道,很难确切地说出 x 是如何在现代代数中获得其角色的。
古代未知数
今天的代数是 数学的一个分支,其中抽象符号被操纵,使用算术来解决不同类型的方程。但是许多古代社会都有发达的 数学系统和知识,但没有符号表示法。
所有古代代数都是修辞性的。数学问题和解决方案完全用文字写出来,作为一个小故事的一部分,很像您在小学可能会看到的文字题。
古埃及数学家,他们可能以其几何学成就而闻名,擅长解决简单的代数问题。在 莱因德纸草书 中,抄写员阿梅斯使用被称为“aha”的象形文字来表示他的代数问题中的未知量。例如,问题 24 要求 aha 的值,如果 aha 加上 aha 的七分之一等于 19。“Aha”的意思类似于“质量”或“堆”。
美索不达米亚的古代巴比伦人在 他们的代数系统 中使用了许多不同的词来表示未知数——通常是表示长度、宽度、面积或体积的词,即使问题本身在本质上不是几何的。一个古代问题涉及两个未知数,分别称为“第一银物”和“第二银物”。
数学知识在 许多地方和多种语言中 在某种程度上是独立发展的。沟通的限制阻碍了任何即时的符号标准化。然而,随着时间的推移,一些缩写逐渐出现。
在过渡性的 简略阶段,作者使用了一些符号表示法,但代数思想仍然主要以修辞方式呈现。丢番图 在他的伟大著作 《算术》 中使用了简略代数。他称未知数为“arithmos”,并使用类似于 s 的古希腊字母表示未知数。
印度数学家 做出了额外的代数发现,并开发了本质上是现代的十进制数字符号。一位特别有影响力的印度数学家是 婆罗摩笈多,他的 代数技巧 可以处理任何二次方程。婆罗摩笈多给未知变量起的名字是 yãvattâvat。当需要额外的变量时,他转而使用颜色名称的首音节,例如 kâlaka(黑色)的 kâ,yavat tava(黄色)的 ya,nilaka(蓝色)的 ni,等等。
伊斯兰学者 翻译并保存了 大量的希腊和印度学术成果,这些成果为世界的数学、科学和技术知识做出了巨大贡献。最著名的伊斯兰数学家是 花拉子米,他的基础著作 《代数学》 是现代词“algebra”(代数)的根源。
那么 x 呢?
一种关于 现代代数中 x 作为未知数起源的理论指向了这些伊斯兰根源。该理论认为,用于表示所求量的阿拉伯语单词是 al-shayun,意思是“某物”,它被缩短为表示其第一个“sh”音的符号。当西班牙学者翻译阿拉伯数学论文时,他们缺少表示“sh”音的字母,而是选择了“k”音。他们用希腊字母 χ 表示这个声音,后来变成了拉丁字母 x。
数学表达式通过曲折的翻译而产生并不罕见——三角函数词“sine”(正弦)最初是印度语中半弦的词,但 通过一系列翻译,最终来自拉丁语单词“sinus”,意思是海湾。然而,有一些证据对使用 x 作为未知数是西班牙语翻译的产物的理论提出了质疑。
西班牙语字母表包括字母 x,早期的加泰罗尼亚语根据语境涉及它的几种发音,包括类似于现代 sh 的发音。尽管发音随着时间推移而改变,但在葡萄牙语以及墨西哥西班牙语及其在本土地名中的使用中,仍然存在 x 的 sh 音的痕迹。按照这种推理,西班牙语翻译者可能可以使用 x,而无需首先求助于希腊语 χ,然后再求助于拉丁语 x。
此外,尽管字母 x 可能在 中世纪的数学 中零星地使用过,但并没有可靠的证据表明它可以追溯到那么远。在接下来的几个世纪里,西方数学文本仍然使用各种单词、缩写和字母来表示未知数。
例如,在 1556 年在墨西哥出版的代数书“胡安·迪亚兹的简明算术概要”中的一个典型问题中,使用了“cosa”这个词——意思是“东西”或“事物”——来代表未知数。
我认为最合理的解释是将现代 x 的使用归功于有影响力的法国学者 勒内·笛卡尔。在 17 世纪 他的主要著作《论说方法》 的附录中,笛卡尔介绍了一种 解析几何 的版本——其中代数被用来解决几何问题。对于未指定的常数,他选择了字母表的前几个字母,对于变量,他选择了字母表的最后几个字母,倒序排列。
尽管学者们可能永远无法确定,但一些人推测笛卡尔可能选择经常使用字母 x,因为印刷商拥有大量 x,因为它在法语中很少使用。无论他选择 x 的原因是什么,笛卡尔都极大地影响了数学的发展,他的数学著作被广泛传播。
超越代数的 X
即使代数中 x 的起源尚不确定,但在某些情况下,历史学家确实知道为什么使用 x。“Xmas”中作为圣诞节缩写的 X 绝对 来自希腊字母 χ。基督的希腊语单词是 Christos,写为 χριστοσ,意思是“受膏者”。 χ 字母组合在罗马天主教和东正教著作中被用作基督的缩写,其 历史可以追溯到 16 世纪。
在某些情况下,选择 x 专门表示未知或额外的某物,例如当德国物理学家 威廉·伦琴 在 1895 年实验阴极射线和玻璃时 意外发现了 X 射线 时。
但在其他情况下,学者们只能猜测 x 角色起源,例如短语“X 标记地点”。还有其他情况——例如埃隆·马斯克对字母的偏爱——可能只是个人品味的问题。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。