المقدار (الرياضيات)

في الرياضيات ، يُعدّ مقدار أو حجم الكائن الرياضي خاصيةً تُحدد ما إذا كان هذا الكائن أكبر أو أصغر من الكائنات الأخرى من النوع نفسه. وبشكل أدق، يُمثل مقدار الكائن النتيجة الظاهرة لترتيب ( أو تصنيف) فئة الكائنات التي ينتمي إليها. يعود مفهوم المقدار إلى اليونان القديمة ، وقد استُخدم كمقياس للمسافة بين كائن وآخر. أما بالنسبة للأعداد، فتُستخدم القيمة المطلقة للعدد عادةً كمقياس للوحدات بين العدد والصفر.

في الفضاءات المتجهة، يُستخدم المعيار الإقليدي كمقياس للمقدار لتحديد المسافة بين نقطتين في الفضاء. في الفيزياء ، يُمكن تعريف المقدار على أنه كمية أو مسافة. ويُعرَّف رتبة المقدار عادةً على أنها وحدة قياس المسافة بين عددين مختلفين في المقياس العشري.

تاريخ

ميّز الإغريق القدماء بين عدة أنواع من المقادير، [ 1 ] بما في ذلك:

أثبتوا أن النظامين الأولين لا يمكن أن يكونا متطابقين، أو حتى متماثلين من حيث الحجم. [ 2 ] لم يعتبروا المقادير السالبة ذات معنى، ولا يزال مصطلح "المقدار" يُستخدم بشكل أساسي في السياقات التي يكون فيها الصفر إما أصغر حجم أو أقل من جميع الأحجام الممكنة.

أرقام

مقدار أي عددx{\displaystyle x}يُطلق عليه عادةً قيمته المطلقة أو معياره ، ويرمز له بـ|x|{\displaystyle |x|}[ 3 ]

الأعداد الحقيقية

يتم تعريف القيمة المطلقة للعدد الحقيقي r على النحو التالي: [ 4 ]

|ر|=ر، لو ر ≥ 0{\displaystyle \left|r\right|=r,{\text{ إذا }}r{\text{ ≥ }}0}
|ر|=-ر، لو ر<0.{\displaystyle \left|r\right|=-r,{\text{ إذا كان }}r<0.}

يمكن أيضاً اعتبار القيمة المطلقة بمثابة بُعد العدد عن الصفر على خط الأعداد الحقيقية . على سبيل المثال، القيمة المطلقة لكل من 70 و -70 هي 70.

الأعداد المركبة

يمكن اعتبار العدد المركب z بمثابة موضع النقطة P في فضاء ثنائي الأبعاد يُسمى المستوى المركب . ويمكن اعتبار القيمة المطلقة (أو المعيار ) لـ z بمثابة المسافة بين P ونقطة الأصل في ذلك الفضاء. صيغة القيمة المطلقة لـ z = a + bi مشابهة لصيغة المعيار الإقليدي لمتجه في فضاء إقليدي ثنائي الأبعاد : [ 5 ]

|z|=أ2+ب2{\displaystyle \left|z\right|={\sqrt {a^{2}+b^{2}}}}

حيث يمثل العددان الحقيقيان a و b الجزء الحقيقي والجزء التخيلي من z على التوالي. على سبيل المثال، معيار −3 + 4i هو(-3)2+42=5{\displaystyle {\sqrt {(-3)^{2}+4^{2}}}=5}أو بدلاً من ذلك، يمكن تعريف مقدار العدد المركب z على أنه الجذر التربيعي لحاصل ضرب نفسه في مرافقه المركب .z¯{\displaystyle {\bar {z}}}، حيث يكون لأي عدد مركبz=أ+بأنا{\displaystyle z=a+bi}، ومركبه المرافق هوz¯=أ-بأنا{\displaystyle {\bar {z}}=a-bi}.

|z|=zz¯=(أ+بأنا)(أ-بأنا)=أ2-أبأنا+أبأنا-ب2أنا2=أ2+ب2{\displaystyle \left|z\right|={\sqrt {z{\bar {z}}}}={\sqrt {(a+bi)(a-bi)}}={\sqrt {a^{2}-abi+abi-b^{2}i^{2}}}={\sqrt {a^{2}+b^{2}}}}

(أينأنا2=-1{\displaystyle i^{2}=-1}).

فضاءات المتجهات

الفضاء المتجهي الإقليدي

يمثل المتجه الإقليدي موضع نقطة P في الفضاء الإقليدي . هندسيًا، يمكن وصفه بأنه سهم من نقطة الأصل في الفضاء (ذيل المتجه) إلى تلك النقطة (رأس المتجه). رياضيًا، يمكن تعريف المتجه x في فضاء إقليدي ذي n بُعد على أنه قائمة مرتبة من n عددًا حقيقيًا ( الإحداثيات الديكارتية للنقطة P ): x = [ x₁ , x₂ , ... , xₙ ] . ويُرمز إلى مقداره أو طوله بـx{\displaystyle \|x\|}[ 6 ] يتم تعريفها بشكل شائع على أنها معيارها الإقليدي (أو طولها الإقليدي) : [ 7 ]

x=x12+x22++xن2.\displaystyle \|\mathbf {x} \|={\sqrt {x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+\cdots +x_{n}^{2}}}.}

على سبيل المثال، في فضاء ثلاثي الأبعاد، يكون مقدار [3،  12] هو 13 لأن32+42+122=169=13.{\displaystyle {\sqrt {3^{2}+4^{2}+12^{2}}}={\sqrt {169}}=13.} وهذا يعادل الجذر التربيعي للجداء النقطي للمتجه مع نفسه:

x=xx.{\displaystyle \|\mathbf {x} \|={\sqrt {\mathbf {x} \cdot \mathbf {x} }}.}

المعيار الإقليدي للمتجه هو حالة خاصة من المسافة الإقليدية : المسافة بين ذيله ورأسه. تُستخدم رموز متشابهة للمعيار الإقليدي للمتجه x :

  1. x،{\displaystyle \left\|\mathbf {x} \right\|,}
  2. |x|.{\displaystyle \left|\mathbf {x} \right|.}

من عيوب الترميز الثاني أنه يمكن استخدامه أيضًا للدلالة على القيمة المطلقة للكميات العددية ومحددات المصفوفات ، مما يُدخل عنصرًا من الغموض.

فضاءات المتجهات المعيارية

بحسب التعريف، جميع المتجهات الإقليدية لها مقدار (انظر أعلاه). مع ذلك، فإن المتجه في فضاء متجهي مجرد لا يمتلك مقدارًا.

يُطلق على الفضاء المتجهي المزود بمعيار ، مثل الفضاء الإقليدي، اسم الفضاء المتجهي المعياري . [ 8 ] ويمكن اعتبار معيار المتجه v في الفضاء المتجهي المعياري بمثابة مقدار المتجه v .

الفضاء شبه الإقليدي

في الفضاء شبه الإقليدي ، يكون مقدار المتجه هو قيمة الشكل التربيعي لهذا المتجه.

المقادير اللوغاريتمية

عند مقارنة المقادير، يُستخدم المقياس اللوغاريتمي غالبًا . ومن الأمثلة على ذلك شدة الصوت (المقاسة بالديسيبلوسطوع النجم ، ومقياس ريختر لشدة الزلازل. قد تكون المقادير اللوغاريتمية سالبة. في العلوم الطبيعية ، يُشار إلى المقدار اللوغاريتمي عادةً بالمستوى .

رتبة الحجم

تشير رتب المقدار إلى الاختلافات في الكميات العددية، وعادة ما تكون قياسات، بمعامل 10 - أي فرق رقم واحد في موقع الفاصلة العشرية.

مقاييس رياضية أخرى

بصورة غير رسمية، يتميز المقياس بخاصية كونه رتيبًا بمعنى أنه إذاأ{\displaystyle A}هي مجموعة فرعية منب،{\displaystyle B,}مقياسأ{\displaystyle A}أقل من أو يساوي قياسب.{\displaystyle B.}علاوة على ذلك، يجب أن يكون قياس المجموعة الفارغة 0. مثال بسيط على ذلك هو الحجم (مقدار المساحة التي يشغلها الجسم) كمقياس.

في الرياضيات ، يُعدّ مفهوم القياس تعميمًا وصياغةً رسميةً للقياسات الهندسية ( الطول ، المساحة ، الحجم ) ومفاهيم شائعة أخرى، مثل المقدار والكتلة واحتمالية وقوع الأحداث. تتشابه هذه المفاهيم، التي تبدو متباينة، في كثير من الجوانب، ويمكن غالبًا تناولها معًا في سياق رياضي واحد. تُعتبر القياسات أساسية في نظرية الاحتمالات ونظرية التكامل ، ويمكن تعميمها لتشمل قيمًا سالبة ، كما هو الحال مع الشحنة الكهربائية . وتُستخدم تعميمات واسعة النطاق للقياس (مثل القياسات الطيفية والقياسات ذات القيم الموجبة للمؤثرات ) على نطاق واسع في فيزياء الكم والفيزياء عمومًا.

يعود الحدس الكامن وراء هذا المفهوم إلى اليونان القديمة ، عندما حاول أرخميدس حساب مساحة الدائرة . [ 9 ] [ 10 ] ولكن لم يصبح علم القياس فرعًا من فروع الرياضيات إلا في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. وقد وُضعت أسس علم القياس الحديث في أعمال إميل بوريل ، وهنري لوبيغ ، ونيكولاي لوزين ، ويوهان رادون ، وقسطنطين كاراثيودوري ، وموريس فريشيه ، وغيرهم. ووفقًا لتوماس دبليو هوكينز الابن ، "كان من خلال نظرية التكاملات المتعددة ، ولا سيما أعمال كاميل جوردان، تم إدراك أهمية مفهوم قابلية القياس لأول مرة." [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. هيث، توماس سميث. (1956). الكتب الثلاثة عشر من أصول إقليدس (الطبعة الثانية [نسخة طبق الأصل. النشر الأصلي: مطبعة جامعة كامبريدج، 1925]  ). نيويورك: منشورات دوفر.
  2. بلوخ، إيثان د. (2011)، الأعداد الحقيقية والتحليل الحقيقي ، سبرينغر، ص 52، ISBN  9780387721774 عبر كتب جوجل ، تم اكتشاف فكرة أزواج أطوال القطع المستقيمة غير القابلة للقياس في اليونان القديمة.
  3. "تعريف المقدار (قاموس الرياضيات المصور)" . mathsisfun.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أغسطس 2020 .
  4. مندلسون، إليوت (2008). ملخص شوم لمبادئ حساب التفاضل والتكامل . ماكجرو هيل بروفيشنال. ص 2. ISBN  978-0-07-148754-2.
  5. أهلفورس، لارس ف. (1953). التحليل المركب . طوكيو: ماكجرو هيل كوجاكوشا.
  6. نيكامب، دوان. "تعريف مقدار المتجه" . رؤى رياضية . تم الاسترجاع في 23 أغسطس 2020 .
  7. هوارد أنتون؛ كريس روريس (12 أبريل 2010). الجبر الخطي الابتدائي: نسخة التطبيقات . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-470-43205-1 عبر كتب جوجل .
  8. جولان، جوناثان س. (يناير 2007)، الجبر الخطي الذي ينبغي على طالب الدراسات العليا المبتدئ معرفته (الطبعة الثانية )، سبرينغر، ISBN  978-1-4020-5494-5
  9. أرخميدس يقيس الدائرة
  10. هيث، تي إل (1897). "قياس الدائرة". أعمال أرخميدس . جامعة عثمانية، المكتبة الرقمية للهند. مطبعة جامعة كامبريدج. ص 91-98 . 
  11. توماس دبليو. هوكينز الابن (1970) نظرية لوبيغ في التكامل: أصولها وتطورها ، الصفحات 66، 7، مطبعة جامعة ويسكونسن، رقم ISBN 0-299-05550-7