堪らなく楽しい数学(17)


(以下、ゼロ除算の実体について、勾配、鏡像、体の構造および点の曲率から解説しよう。)

まず、数学とは公理系、言わば仮定系から論理的に導かれる理論体系であるが、数学としては矛盾無く展開できれば 言わば世の中とは無関係でも、あるいは何ら利用価値が無くても、純粋数学としては 考えても良いとされている。このような意味で、数学をする者は自由であり、自由に何でも 考えられることを 好きなように考えても良いという意味で、数学の重要な精神として、自由を尊重する精神がある。

 

しかしながら、自分だけ、あるいは仲間内だけで、面白い、楽しいと研究していても、世の中への影響は大したものではないとして、大きな価値を評価されることはないだろう。 そのような意味で、良い結果とは、良い影響を与えるもの、多くの人を感動させ、利用されたり、応用されるものは 高い評価を得るだろう。基本的な結果は 数学そのものの基礎であり、結果として大きな世界を支え、間接的にも世に大きな影響を与えるだろう。

 

そこで、ゼロ除算の意義を明らかにする意味で、典型的で具体的な意味付け、意義を述べたい。今回は勾配、傾きから、ゼロ除算の意義を明らかにしたい。

 

平面上に,真っ直ぐに立っている、電柱を想像しよう。 多くの人に聞いてみたところ、その時、電柱は傾いていない、勾配はゼロであると 言います。 直感的にそのように発想しますね。その電柱が右に少し,ほんの少し、傾いたら、その電柱の勾配は 大きく、少しが小さければ、勾配は正の無限に近いことが分かります。勾配とは、 右に1移動したときの高さのこと(比)です。 右を正方向とすると、反対の左方向に同じようにちょっと傾くと、今度は 負の無限大に近い勾配を持つことになります。 すると,真っ直ぐに立った電柱は、右から、勾配正の無限大に近づいた状態で、左からは、負の無限大の勾配に近づいた状態になります。真っ直ぐとは 左右の勾配、負の無限と正の無限が一致した状態になります。 そこで、真っ直ぐに立った電柱の状態自身の勾配は、我々の直感ではゼロでしたが、現代数学では、その状態の勾配は 考えられない となっています。勾配をy/xと考えると、y軸は、形式上勾配が1/0となって、ゼロ除算が不可能であるとなっているからです。ところが、新しく考えられたゼロ除算では 勾配がゼロとなって、はじめに述べた私たちの直感とも一致するという、驚くべき、事実を述べています。

 

実は ゼロ除算は、電柱の僅かな傾きの考えに 顕に出ていることが分かります。

このような状況は 関数y= 1/x の原点における状況と同様です。右から原点に近づけば 正の無限大に発散、左から原点に近づくと負の無限大に発散するが、しかし、 原点では突然にゼロである。

 

これは数学について、新しい現象を表しています:

一般に勾配を表す公式は aで正のx軸から測った傾きの角を表すと 勾配はtan a です。 y軸の時、aは 2分のパイですが、 その時のtan の値はちょうど 関数

y=1/x

の原点での値のように定義されず、不明のものと考えられてきました。 複素解析ではそこで, 極をもつと表現されましたが、ゼロ除算では 解析関数は孤立特異点で確定値をとり、それがちょうど今の場合 値ゼロを取るという意味を与えます。すなわち、ゼロ除算が与えた、値の実際的な意味が出て来たということです。

 

このように基本的な状況の中で、ゼロ除算が現れていたということは、驚嘆すべきことではないでしょうか。

 

次は、鏡の中に現れたゼロ除算の、堪らなく奇妙で、楽しい現象について述べたい。

 

 

   ( 以下、次号 )