用“X”来代表未知数,这个习惯的形成并非偶然,而是源于数学发展过程中一系列历史事件和文化影响的综合结果。要详细地解释这一点,我们需要追溯到几个世纪前的欧洲数学界。
核心原因:源于阿拉伯语的音译和印刷错误
最被广泛接受且最有力的解释,是与法国哲学家、数学家 勒内·笛卡尔 (René Descartes) 及其著作《几何学》(La Géométrie) 紧密相关。
1. 笛卡尔的贡献:代数符号系统的标准化
在笛卡尔之前,数学家们在表达未知数时,并没有一个统一的标准符号。他们可能会使用单词、首字母或者其他任意符号。笛卡尔的《几何学》(1637年出版)是代数符号系统发展史上的一个里程碑。他引入了一种系统性的符号约定,极大地促进了代数的普及和发展。
笛卡尔在他的著作中,对如何使用字母来表示变量做出了明确的规定:
方程开头的字母(如 a, b, c)用来表示已知量(常数)。
方程结尾的字母(如 x, y, z)用来表示未知量。
这套符号系统之所以流行,是因为它的简洁性、逻辑性和易于书写。他希望使用一组固定的符号来区分已知和未知,这对于清晰地表达代数关系至关重要。
2. “X”作为“未知”的起点:一个有争议的说法
虽然笛卡尔明确使用了 x, y, z 来表示未知数,但他为什么特别选择了“X”作为第一个“未知数”的代表,这里存在一些不同的说法和推测,其中一个最流行的说法与印刷商和阿拉伯语翻译的失误有关:
希伯来语的说法: 一种流行的理论认为,笛卡尔的助手或者印刷商,在处理他的手稿时,将他本意中用来代表“未知”的某个阿拉伯语单词的字母,错误地音译或替换成了拉丁字母“X”。有人提出,这个阿拉伯语单词可能是 "shay'"(شيء),意思是“事物”或“东西”。在阿拉伯代数发展史上,确实有人用“shay'"”来表示未知数。而“shay'”的首字母是“sh”。
圣殿骑士团的说法: 另一个更为神秘但流传甚广的说法,与圣殿骑士团有关。据说圣殿骑士团在他们的仪式中,用“X”来代表一个未知的、神圣的实体。然而,这种说法缺乏确凿的历史证据支持,更多地被视为一种都市传说。
数学家的选择: 最直接的解释是,笛卡尔选择 X, Y, Z 是因为它们是字母表末尾的字母,使用它们来代表未知数,与用字母表开头的字母(如 A, B, C)代表已知数形成了一种自然的对应关系,而且 X 在印刷中相对容易区分,不易与其他字母混淆。
回到笛卡尔的著作中分析: 实际上,在笛卡尔的《几何学》中,他明确地在书中写道:
> "我们把未知数写成 X, Y, Z,或者一个字母,并且我们给已知数赋予 A, B, C 等字母。"
他本人并没有详细解释为什么选择“X”。然而,后来的数学家和历史学家在研究他的手稿和当时的印刷技术时,发现了一个可能的关键点。
印刷商的“偏爱”或“便利”: 有一种说法是,当时印刷使用的活字(metal types)中,字母“X”的出现频率相对较低,尤其是在外文文本中。因此,印刷商可能会更愿意使用“X”来填补一些空白或者代表一个不确定的未知数,因为它不会轻易地和文本中的其他单词混淆。
与希伯来字母的相似性: 有些学者认为,早期的希伯来字母“Samekh” (ס) 在形状上与字母“X”有相似之处,并且在犹太数学文献中也曾被用来表示未知。笛卡尔作为那个时代受过良好教育的学者,可能接触过这些符号系统。
“X”的视觉冲击力: 相比于其他字母,一个简单的交叉形状“X”在视觉上非常醒目,容易被识别出来。
最被接受的解释(结合笛卡尔和后来的流传): 笛卡尔引入了用字母表末尾的字母代表未知数的系统。而具体到“X”,最有可能的原因是:
笛卡尔本人有偏好,将其作为第一个未知数符号。
印刷过程中,由于其字形特性或印刷商的习惯,使得“X”在表示未知数时得到了特别的推广。
后来,这种用法被其他数学家采纳并标准化,尤其是在威廉·奥特雷德 (William Oughtred) 等人的著作中,他们进一步推广了代数符号的使用。 奥特雷德在他1631年的著作《代数》(Clavis Mathematicae) 中也使用了类似的符号,但笛卡尔的系统最终获得了更大的影响力。
为什么“X”如此流行和持久?
1. 笛卡尔的权威性: 笛卡尔是17世纪最伟大的思想家之一,他的著作对后世产生了深远影响。他的符号系统能够被广泛接受,很大程度上归功于他的声望和学术贡献。
2. 标准化和普遍性: 一旦一套符号系统被广泛采用,它就会因为其普遍性和易于沟通的优点而变得难以取代。所有的数学家都使用相同的符号来表示未知,这极大地提高了数学交流的效率。
3. 易于书写和辨认: 字母“X”相对简单,容易书写和在纸上辨认,这在手写和排版早期尤为重要。
4. 文化的传播和惯性: 随着时间的推移,用“X”代表未知数已经成为一种根深蒂固的数学文化和约定俗成。我们从小接触数学时,就被教导方程中的“X”就是未知数,这种学习过程进一步巩固了它的地位。
总结:
总而言之,用“X”来代表未知数,最直接的原因是 17世纪数学家勒内·笛卡尔在他的著作《几何学》中,明确地将方程结尾的字母(如 x, y, z)用于表示未知数。
至于他为什么特别选择“X”,虽然没有一个绝对确凿的单一证据,但最有可能的原因是:
他自己选择的,作为字母表末尾代表未知数的三个字母之一。
其字形在印刷上可能具有一定的便利性或独特性,促使印刷商和后来的数学家更频繁地使用。
结合历史上一些关于阿拉伯语音译、希伯来字母相似性的推测,但这些都只是支持性的旁证。
最终,笛卡尔的权威性、符号系统的实用性以及随后的文化惯性,使得“X”成为了一个全球通用的数学符号,代表着那神秘而又至关重要的未知量。