Show full text7 pages
Page 1
View in PDF(opens in a new window)SSSR a
VIiSSER ) € :
DE LEER DER GETALLEN
door
’
Dr. C. VISSER !).
Het zij mij vergund U in dit uur een en ander mede te delen over de
leer der getalien.
Bertrand Russell heeft eens de wiskunde gekarakteriseerd als de
wetenschap, waarvan de beoefenaren niet weten, waarover zij spreken,
terwijl het hen ook niet interesseert of wat zij uitspreken werkelijk
waar is. Deze woorden, dic een oningewijde waarschiinlifk vreemd in
de oren zullen klinken, bevatten meer waarheid dan men wellicht geneigd is te denken en zij zullen dan ook door geen wiskundige lichtvaardig worden tegengesproken.
Dat neemt echter niet weg. aat vrijwel iedere wiskundige de behaefte
heeft het werken met zijn symbolen en formules te rechtvaardigen en
te verklaren door er de een of andere voorstelling aan te verbinden. In
het bijzonder geldt dit voor de principiële elementen, die het uitgangspunt van zijn verdere beschouwingen moeten vormen. Tot die principiële
elementen behoren in de eerste plaats de getallen en het is miin bedoeling, bij wat ik ga zeggen, in het bijzonder de nadruk te lieggen op
de aanschouwelijke voorsteilingen. waaruit de fundamentele begrippen
van de leer der getallen ontstaan kunnen worden gedacht en over de
manier, waarop dit kan geschieden.
ÏIk begin met de natuurlijke getallen. Men heeft het begrip natuurlijk
getal op grondige wijze geanalyseerd en er vele verhandelingen over
geschreven, De wiskundigen onder U zulien hierbij denken aan de
namen Frege en Dedekind. Volgens Dedekind ligt de oorsprong van
het getalbegrip in het vermogen van onze geest dingen te laten corresponderen met andere dingen, aan een ding éen ander ding toe te
voëgen, of een ding door een ander ding af te heelden, Zonder dat,
zegt hij, zou helemaal geen denken mogelijk zijn,
Wij zullen ons in beschouwingen van deze aard niet verder verdiepen, maar ons om te beginnen op het standpunt stellen, dat het
woord aantal of cardinaalgetai een duidelijke betekenis heeît en dat
we daarbij denken aan een zekere hoeveelheid van dingen, een eindige
verzameling om een, wiskundige term te gebruiken, en tegeliik
1) Rede, uitgesproken bij de aanvaarding van het ambt van hoogieraar in
de zuivere en toegepaste wiskunde en de theoretische mechanica aan de
Technische Hogeschooï te Deift op 3 Oct. 1946.
Page 2
View in PDF(opens in a new window)abstraheren’van de bijzondere aard van die dingen. Ook weten we
wat optellen en vermenigvuldigen is: we moeten daarbij niet aan
rekensommetjes denken, maar aan het bijeenvoegen van hoeveclheden.
De som van twee aantallen is het aantal, dat we krijgen door die twee
aantallen tot een te verenigen. Het product van twee aantallen is het
aantal, dat ontstaat door ieder element van éen van die twee aantallen
te vervangen door eençaantal, dat even groot is als het andere.
Na deze proeve van toegepaste wiskunde moge vermeld worden, dat
het begrip volmaakt getal ook aanleiding geeft tot bespiegelingen
van zuiver wiskundige aard, Men kent enige even volmaakte getalien:
men hesft zelfs een soort formule ervoor, die recds door Euclides werd
opgesteld, Men weet echter niet of deze er eindix of oncindig veel
voorstelt. Oneven volmaakte getallen kent men helemaal niet en het is
niet bekend of er een bestaat,
Zulke onopgeloste kwesties zijn er vele in de getallentheorie en Zi;
behoren tot de moeilijkste problemen, die de wiskunde kent. Ik noem
Men behoeîft zich, ook al heeft men nooit enig rekenonderwijs genoten, en misschien juist dan, niet lang net aantallen bezig te houden,
om te constateren, dat zij allerlei en vaak moeilijk te doorgronden
eigenschappen hebben. Als eenvoudig voorbeeld noem ik de volgende.
Men zegt, dat een aantal een ander aantal als deler heeft, wanneer het
verdeeld kan worden in een aantai aantalilen, die aile even groot zijn als
dat andere aantal. Neem nu twee aantallen, die we gemakshalve even
a en b zullen noemen. We vragen naar de aantallen, die deler zijn
zowel van a ais b, dus naar de gemeenschappelijke delers van a en b.
Is het nu niet een verrassend feit, dat deze gemeenschappelijke delers
als voorbeeld het bervemde probleem van Goldbach. Er is nog nooit
een even getal ontdekt, dat niet de som is van twec ondeelbarc gefallen. Het lijkt wel, dat zo'n splitsing altijd mogelijk is: 10 = 3 + 7,
12=5+7 14=
3 + 11 en ook = 7 + 7, 16 = 5 + 11 en «ok
=
3 + 13, enz. Toch is dit vermoeden nooit bewezen, De Russische wiskundige Winogradof heeft echter in deze richting een indrukweckkend
resultaat bereikt. In 1939 bewces hij, dat elk oneven.gctal de som is
van niet meer dan drie ondeelbare getallen.
Van andere merkwaardige eigenschappen, die betrekking hebben op
het splitsen van getallen. is de volgende een eenvoudig voorbeeld.
Beschouw de ondeelbare getallen van de vorm 4-voud + 1, dus de
getallen 5, 13, 17, 29, enz. Deze getalien zijn altijd en wcl slechts OP
één manier te splitsen in twee vierkanten: 5 = 1 + 4, 13 — 4 L 9,
17 = 1 + 16, 29 — 4 + 25, enz. Dit heeît enige eeuwen geleden
Euler al bewezen.
Nu we toch over ondeelbare getallen spreken, nog een enkel woord
daarover. Ondeelbaar noemen we een getal, als het behalve de eenheid
en zich zelf geen delers heeft. Het getal 1 rekenen we niet tot de ondcelbare getallen, en de rij der ondeelbare getallen begint dus met 2, 3, 5,
7, 11, 13, enz. De eerste vraag, die hier rijst, is: komt er aan deze rii
ooit een einde?; anders gezegd: zijn er eindig of oneindig veel ondeelbare getallen? Het antwoord is, dat er oneindig veel zijn, het hiervoor
door Euclides gegeven bewijs vindt men heden nog in alle leerboeken.
Het berust op het feit, dat ieder getal het product is van ondeelbare
factoren, Dit plus de bewering, dat deze ontbinding slechts op éën
juist alle delers zijn van één derde aantal c?
manier mogelijk is, noemt men wel de hoofdstelling van de theorie der
natuurlijke getallen. Leken op wiskundig gebied zijn wel geneigd dit
te houden voor jets, dat vanzelf spreekt, Dat is echter volstrekt
niet het gevai.
Een tweede vraag over de ondeelbare getallen is: hoeveel ondeelhare
getallen zijn er bencden 100, hoëeveel beneden 1000, enz.? Hierover
hebben reeds Legendre en Gausz een vermoeden uitgesproken, maar
het -heeft tot 1900 geduurd, eer door Hadamiard en De la Vallée—
Poussin een bewijs voor dit vermoeden werd gevonden. De stelling van
Hadamard en De la Vallée—Poussin zegt het volgende. Van de getallen
_
Dit is natuurlijk slechts een zeer eenvoudige kwestie. De meeste
problemen op dit gebied liggen veel dieper. Opvallend is vaak het
contrast tussen de eenvoud van de probleemstelling en de moeilijkheden, die de oplossing met zich meebrengt. Natuurlijk prikkelt dat
juist de onderzoekers ten zeerste, Zij. die zich met het opsporen en
uocrgronden van de eigenschappen der getallen bezighouden, hebben
dan ook bij alle verscheidenheid een trek gemeéen. Zij worden door
hun onderzogkingen zo bekoord, dat zij van geen ophouden meer
weten, zoals de grootste onder hen. de beroemde Gausz, heeft gezegd.
In vroeger tijden ging de studie der aantallen dikwijls gepaard met
het verkondigen van alleriei merkwaardigheden, die ons heden zonderling aandoen. Deze hebben veelal betrekking op bepaalde individuele
cigenschappen der getallen, Zo heeft men een bijzondere belangstelling
gehad voor de zogenaamde volmaakte getallen. Onder een volmaakt
getal verstaat men een getal, dat gelijk is aan de som van zijn delers;
daarbij zijn alleen delers kleiner dan het getal zelf, 1 inbegrepen, bedoeld. Het getal 28 is een voorbeeld van een volmaakt getal: zijn delers
zijn 1, 2, 4, 7 en 14 en de som van deze is weer 28. Het kleinste volmaakte getal is 6 (1 + 2 + 3 = 6). Een onvolmaakt getal is een getal,
dat groter is dan de som van zijn delers; 8 is een voorbeeld van een
onvolmaakt goetal. Met deze volmaaktheid en onvolmaaktheid van getallen bracht men allerlei dingen in verband. De kerkvader Augustinus
verkondigde, dat God daargm de wereld in 6 dagen had geschapen en
niet ineens, opdat de voimaäktheid van de schepping door het getal 6,
het kleinste volmaakte getal, zou worden uitgedrukt, Dezelfde uit$praak deed Alcuin van York en Tours. Deze merkte ook op, dat de
ark van Noach 8 levende menselijke zielen.bevatte en dat daarom het
menselijke geslacht, dat begint met Noach, noodzakelijk onvoimaakt is.
beneden een getal x is ongeveer het (log x)4e deel ondeelbaar en hoe
groter x is, hoe scherper dit antwoord. Log x betekent hierbij de
Page 3
View in PDF(opens in a new window)natuurlijke logarithme van x. In meer exacte VOrm: is (x)
co
sens
ding
verhou
de
heeft
ondeelbare getalien beneden x, dan
je
a
limiet
de
i,
toeneem
en x/log x, wanneer x onbepaald
van era
bewijs van deze stelling treedt de beroemde Zêta-functie
“a as
ent.
vend
xe
comple
op, een transcendente functie van een
ge , ne
ijke
natuurl
der
die
met
de eigenschappen nauw samenhangen
ge a
bare
ondeel
de
over
Er zijn natuurlijk vele andere vragen
v :
"
er
dat
nd,
opvalle
zeer
te stellen. Ik vermeld er nog een. Het is
mu
voarko
n
getalle
bare
zogenaamde tweelingen in de rij der ondeel
N ù
parts
dus
31,
en
29
of
Daarmee bedoelt men paren als 17 en 19,
N
ne
Ze
aar
ondeel
twee opvolgende oneven getallen, die beide
k
we
el
Zi.
gen
niet bekend of er oneindig veel van zulke tweelin
er
e
Si
eert,
men, dat de som van hun omgekeerden converg
van de omgekeerden van alle ondeelbare getatlen divergeert, at wijs
aller
ger
dus op een niet al te veelvuldig voorkomen van neclIm
Tot dusver heb ik niet gesproken over de notatie van
e geta ge
t We
met behulp van cijfers en ik zal ook verder hierover urgen
nu
Li]
n
ora
n
grondbegrippen van de getalientheorie zirn daarva
1
theorie
de
als
t
hebben de theorie der natuurlijke getallen opgeva
sp
men
dat
llen,
de eindige verzamelingen: men kan zich voorste
voor
over hoopjes knikkers of pepernoten: men moëet weten, “al
ni
1e
igvu
vermen
en
n
samenvoegingen bedoeld worden met optelle
ri
maken;
te
niets
e
cen of andere algorithmus heeît daarme
“
techniek is voor het inzicht in het getalbegrip van geen belang.
".
“es
dan
d,
genoem
28.
ik in het vorige enkele getallen, zoals
of
tekenen
kunnen
stippen
slechts ter bekorting: ik had ook 28
mijn vinger op kunnen steken.
cer
gere
Overigens Pormt de ontwikkeling van de methoden om
nu
ge
te
aan
manier
ige
door woorden of tekens op ondubbelzinn
ee
s
syaleen
positie
het
in het bijzonder de ontwikkeling van
.
bete
dagelijks gebruiken, een stuk cultuurgeschiedenis van grote
lie
gaan.
te
in
Op
Het ligt echter buiten miin bestek daar nader
Behalve als aantallen of cardinaalgetallen kan men de natuurli
getallen ook opvatten als ordinaalgetallen. Men denkt dan meer ae
wi
het telproces. Met het oog op een later te vermelden generalisatie,
e
veran
nde
georde
te
ik een ordinaalgetal definiéren als een abstrac
geste
beeld
bijvoor
ling. Het begrip geordende verzameling wordt
door een aantal op een rij geplaatste stippen of door een reeks op
voigende gebeurtenissen of tijdstippen. Op vOOr de hand eue
definieert men voor ordinaalgetallen optelling en vermenigvul liging.
De theorie, die zo ontstaat, is formeel geheel dezelfde als die der
getallen.
Î
chap wordt door velen
wetens
eve
AS tdenle vorm van een deducti
n de meetkunde van
waarva
beschouwd de axiomatische theorie,
is vooral Hilbert, die
Het
ld
geeft.
ke
voorbee
Euclides ons het klassie
heeft gebrachit.
voren
e
naar
method
ische
axiomat
de waarde van de
Hij beschouwt de axiomatische opbouw van elke wetenschap als het
uiteindelijke doel van die wetenschap en als de enige methode
, die
absolute zekerheid geeft. Zelf heeft hij een diepgaand onderzoek
betreffende de axiomatische opbouw van de euclidische meetkunde verricht en daarmee het werk van Euclides voortgezet en voltooid.
In een axiomatische theorie wort elk begrip nauwkeurig gedefinieerd
met behulp van reeds vastgelegde begrippen en elke stelling
streng
bewezen op grond van daärvoor bewezen stellingen. Daar men echter
niet met niets kan beginnen, worden enige grondbegrippen zonder
definitie en enige grondstellingen of axioma’s zonder bewijs als uitSangSpunt genomen. Vroeger rechtvaardigde men de invoerin
g van
bepaalde grondbegrippen en grondstellingen met een beroep op hun
volkomen duidelijkheid en evidentie op grond van aanschouwing of
ervaring. Tegenwoordig vai men de zaak anders op. Grondbegrippen
en grondstellingen van een axiomatische theorie zijn gehcel willekeurig. De theorie wordt opgevat als cen abstract sySteem, onafhankelijk van aanschouwing of ervaring. Zij wordt daardoor, zoals
men het wel uitdrukt, tot een spel met formules. dat volgens
zekere
regels wordt gespeeld. Men eist siechts, dat deze regels en de uitgangs
punten zo zijn, dat het uitgesloten is, dat er ooit een contradi
ctie
ontsiaat.
Door Peana is de leer der natuurlijke getallen in een dergelij
ke
axiomatische vorm gebracht. Grondbegrippen zijn ,1”, ,natuurl
ijk
getal” en .opvolger van”. De axioma's, vijf in getal, zijn:
I.
1 is een natuurlijk getal.
Il. Is a een natuurlijk getal, dan is o0k de Opvolger
van a een
natuurlijk getal.
I. Hebben twee nätuurlijke getallen dezelfde opvolger, dan
zijn
zij identiek,
IV. Is a een natuurlijk getal, dan is de opvolger van a niet
1.
V. Het axioma der volledige inductie. Heeft 1 een zekere eigenschap E en heeft, als het natuurlijke getai a de eigenschap E
heeft, ook
zijn Opvolger de eigenschap E, dan hebben alle natuurlijke
getalien
de eigenschap E.
Uitgaande van deze beginselen kan men definities opstellen
voor de
som en het product van twee natuurlijke getallen en de gehele
thcorie
opbouwen. De kwestie van de contradictieloosheid schijnt nog
een
teer punt te zijn. Om deze te kunnen bewijzen is het nodig,
dat men
vooraf een overzicht heeft van de definitievormen, volgens
welke men
fiieuwe begrippen kan invoeren, en van de redeneervormen, volgens
welke men conclusies kan trekken. We komen hiermede op het gebied
van de bewijstheorie, waarop in de laatste tijd zeer belangwekken
de
onderzoekingen zijn verricht.
Na deze beschouwingen over de natuuriijke getallen, vraag ik Uw
aandacht voor de positieve en negatieve getallen en het getal nul. In de
meeste moderne leerboeken worden deze op een formele manier inge-
Page 4
View in PDF(opens in a new window)voerd als paren natuurlijke getallen, waarvoor zekere rekenregels
worden vastgesteld. Van logisch standpunt is daar niets tegen in te
brengen: wanneer men echter prijs stelt op een natuurliike en geleidelijke ontwikkeling van nieuwe begrippen uit reeds aanwezige voorstelwerk
lingen en eenvoudige aanschouwingselementen, dan kan men te
zetten.
zal
uiteen
nu
gaan op de manier, die ik
twee operaties met verplaatsingen, dan zullen we onder de productde
operatie aB de operatie verstaan, die hetzelfde resultaat geeft als
ijk,
gemakkel
ert
constatc
operatie a gevolgd door de operatie 8. Men
door
dat B gevoigd door a op hetzelfde neerkomt als a gevoigd
ie
composit
andere
cen
nog
er
en dat dus Ba — af. Naast aB bestaat
willeeen
op
t
foegepas
a
van a en 8. We denken ons de operatie
sing
keurige verplaatsing a. Verder denken we ons op dezelide verplaat
.
resultaat
als
singen
verplaat
a de operatie B toegepast. Dat geeft twee
Het
.
laaising
som-verp
de
Van deze twee verplaatsingen bepalen we
uit de
blijkt, dat deze som-verplaatsing o0k door cen enkele operatie
somde
heet
operatie
verplaatsing a kan worden verkregen. Deze
Ook
8.
+
a
door
voor
operatie van de operaties « en B. Men stelt deze
£.
+
a
als
deze compositie is commutatief: 8 + a is hetzelfde
e
Deze operaties met verplaatsingen nu ziin de positieve en negatiev
We stellen ons voor een naar twee kanten eindeloos doorlopende rij
s
De
van dingen. U mag denken aan een rij stippen op een stuk papier.
nt
linkerka
ik
noem
t,
doorloop
s
eindeloo
twee kanten, waarheen de rij
rij.
deze
in
singen
verplaat
over
spreken
en rechterkant, We gaan nu
Een verplaatsing is de overgang van een of andere stip naar een, die
een zeker aantal plaatsen rechts of links ligt. Men kan — dat vereenvoudigt de redenering — zo’n verplaatsing uitgevoerd denken uitgaande van alle stippen in onze ri]. De #ij wordt dan in zijn geheel
verplaatst en daardoor op zich zelf afgebeeld. Er zijn verplaatsingen
naar links en naar rechts en van beide soorten zijn er oneindig veel.
in
Ook onderscheiden we de nul-verplaatsing, waardoor iedere stip
nd
opvoige
het
dat
,
duidelijk
meer
zich zelf overgaat. Nu is het zonder
uitvoeren van twee gegeven verplaatsingen een resultaat geeft, dat
n.
ook door een enkele verplaatsing rechtstreeks kan worden verkrege
vergegeven
twee
de
van
-Deze noemen we de som-verplaatsing
plaatsingen. Het geheel van alle mogelijke verplaatsingen is een Zeer
Een
eenvoudig voorbeeld van wat de wiskundigen een groep noemen.
groep,
een
vormt
singen)
verplaat
stelsel van bewerkingen (zoals onze
wanneer ten eerste het opvoigend uitvoeren van twee van die bewerhet
kingen een resultaat geeft, dat ook door een enkele bewerking uit
iedere
bij
tweede
ten
en
n
verkrege
stelsel rechtstreeks kan worden
aanbewerking van het stelsel een inverse bewerking in het stelsel
singen
verplaat
Onze
t.
vernietig
eerste
de
wezig is, die het resultaat van
vervormen een groep van een bijzondere soort. Hebben we twee
als
resultaat
e
hetzelfd
b
door
gevolgd
plaatsingen a en b, dan geeît a
commuta
een
heet
ap
eigensch
b gevolgd door a. Een groep met deze
tieve groep of abelse groep, naar de wiskundige Abel.
positieve
U zult nu misschien vermoeden, dat ik zal zeggen, dat de
want
niet,
ik
doe
Dat
zijn.
singen
en negatieve getallen deze verplaat
de
die
regel,
de
r
bijzonde
het
in
we zouden dan de vermenigvuldiging,
bekunnen
niet
plus”
is
min
kinderen uitdrukken door ,min maal
grijpen. We moeten eerst meer gecompliceerde begrippen vormen.
We kunnen een gegeven verplaatsing een zeker aantal malen herhalen. Ook kunnen we een verplaatsing omkeren en dan nog een
aantal malen herhalen. Deze bewerkingen, herhalingen en herhalingen
gepaard gaande met omkering, zullen we operaties met verplaatsingen
noemen. Ze vormen geen groep. Wel is het resultaat van twee van
. dergelijke operaties opvolgend uitgevoerd te verkrijgen door een zo'n
. operatie uit te voeren, maar bijna geen enkele van onze operaties heeît
een inverse, Men spreekt daarom wel van een halve groep. Zijn a en B
getallen en het getal nul. Nul is natuurlijk de operatie, die iedere verde
plaatsing verandert in de nul-verplaatsing. Het is zeer eenvoudig
Laten
leiden.
rekenregels voor de positieve en negatieve getallen af te
de
we als voorbeeld nemen de regel — 1 maal—1=+1.— is
het
dus
operatie, die elke verplaatsing omkeert: — 1 maal — 1 is
resultaat van twee opvolgende omkeringen en dat dit de door + 1
aangegeven eenheidsoperatie is, dus de operatie, die iedere verplaat
de
is
Daarmee
betoog.
nader
geen
behocft
t,
verander
zelf
sing in zich
regel verklaard. Driehonderd jaar geleden verkondigde een gezaghebbend auteur, dat de zwakheid van het menselijke verstand een verklaring onmogelijk maakte.
Het geheel der besproken operaties met verplaatsingen. dus de verzameling der positieve en negatieve gehele getallen en het getal nul,
die we gezamenlijk de gehele getallen noemen, vormt een zogenaamde
ring. Daaronder verstaat men een verzameling van elementen, waarbi]
men elk tweetal op twee manieren kan samenstellen tot een derde
element van de verzameling. De ene samenstelling heet optelling. de
andere vermenigvuidiging. Er moet daarbij voldaan zijn aan de cis.
dat men de gebruikelijke rekenregels van de algebra kan foepassen.
Het is wel aardig erop te wijzen, dat de beschouwingen, die ons
hebben geleid tot het begrip der positieve en negatieve getallen, ook
voor een eenvoudiger geval kunnen worden gehouden. In plaats van
een naar twee kanten eindeloos doorlopende rij van dingen nemen we
een cyclisch gerangschikte rij van een eindig aantal dingen. We
kunnen denken aan een rij op onderling gelijke afstanden geplaatste
stippen op een cirkelomtrek. We vestigen ook nu weer allereerst onze
aandacht op verplaatsingen. Deze kunnen we hier beter draaiingen
noemen. Zij vormen nu een commutatieve groep, die bestaat uit eindig
veel elementen en wel uit zoveel elementen als het aantal stippen in
onze rij bedraagt. We moeten hierbij bedenken, dat, als bijvoorbeeld
dit aantal stippen 20 is, een draaïing van 6 de ene kant op hetzelfde
Page 5
View in PDF(opens in a new window)is als een draaïiing van 20 — 6 — 14 de andere kant op. Verder, dat
een draaiing van 8 gevolgd wordt door een draaiing van 15 in dezelfde
richting een resulterende som-draaiïing van 3 geeît. enz. Vervoigens
gaan we letten op operaties, die we op de draaiingen kunnen toepassen. We kunnen een draaïiing enige malen herhalen, omkeren, en
beide dingen tegelijk doen. Overigens kan hier elke operatie als een
herhaling worden opgevat. Er zijn weer evenveel operaties als het
aantal stippen, waarvan we zijn uitgegaan. Op dezelfde manier ais bij
de operaties met verplaatsingen definiéren we hier een som en een
product voor twee operaties met draaïingen. We krijgen dan een ring
bestaande uit eindig veel elementen.
Een bijzonderheid treedt op als we uitgaan van een ondeelhaar
aantal stippen. Dan blijkt er bij iedere operatie met draaïingen, uitgezonderd de nul-operatie, die elke draaiing omzet in de nul-draaiing,
een inverse operatie te behoren, die na de eerstgenoemde toegepast
deze opheft. Zo wordt bijvoorbeeld, wanneer we met 5 stippen werken,
de operatie, die bestaat in het verdrievoudigen van elke draaiing,
opgeheven door de operatie, die bestaat in het verdubbelen van elke
draaiing. Een ring met deze bijzonderheid noemt men een lichaam.
In een lichaam hebben twee elementen een quotient, mits de ,.deler”
niet nul is. Een lichaam met eindig veel elementen. zoals wij hier ontmoeten, noemt men een veld van Galois, naar de ruim een eeuw geteden op 21-jarigen leeftijd overieden geniale Franse wiskundige, wiens
naam ook altijd verbonden zal blijven aan de algemene theorie der
hogere machtsvergelijkingen.
Deze eindige ringen en lichamen zijn van groot belang voor de
getallentheorie. Ik zal even aangeven, hoe men ze, uitgaande van de
ring der gehele getallen, meestal invoert. We maken dan tevens kennis
met een in de moderne wiskunde veelvuldig voorkomende wijze van
begripsvorming. Om de gedachten te bepalen, nemen we als grondtal
het aantal 5. Er zijn nu 5 soorten van gehele getallen te onderscheiden:
de 5-vouden, de 5-vouden + 1, de 5-vouden + 2, de 5-vouden + 3 en
de 5-voudert + 4, Elke soort wordt een restklasse ten opzichte van
5 genoemd. Laten we nu twee van die restklassen nemen, Uit iedere
van die twee nemen we een getal. Deze tellen we op. De som ligt in
een derde restklasse, en welke getallen we uit de twee gegeven restklassen ook nemen, deze derde restklasse, waarin hun som ligt, blijkt
steeds dezelfde te zijn. Daarom kunnen we deze derde restklasse de
som van de twee gegeven restklassen noemen. Voor de vermenigvuldiging geldt geheel hetzelfde, zodat we bij ieder tweetal restklassen
ook een product-restklasse hebben. We vinden zodoende, dat de 5
restklassen een ring vormen; de ondeelbaarheid van het getal 5 brengt
mede, dat deze ring een lichaam is. Het is formeel hetzelfde lichaam
als wat we hiervoor geconstrueerd hebben met behuip van de draaiingen in een cyclische rij van 5.
Op onze restklassenring is de ring van de gehele getallen afgebeeld,
Het beeld van een bepaald geheel getal is de restklasse, waarin dat
getal ligt. Deze afbeelding heeft de waardevolle eigenschap, dat het
van die
beeld van de som van twee getallen de som is van de beelden
hun
van
product
het
getallen en het beeld van hun product eveneens
eigendeze
met
beelden. Een afbeelding van een ring op een andere
phe afschap wordt homomorphe afbeelding genoemd. Zo'n homomor
.
hewiizen
beelding kan bij vele problemeri uitstekende diensten
aantal
gering
een
Positieve en negatieve getallen zijn nog slechts
reeds
men
vindt
eeuwen in gebruik. De gebroken getailen daarentegen
dan
staan
Zij
ng.
in de grijze oudheid bij alle volken met enige beschavi
Zodra
leven.
se
ook veel dichter bij de ervaringen van het dagelijk
g van
kwesties worden beschouwd, die verband houden met verdelin
en
kten
oppervla
hoeveelheden en meting van grootheden als lengten,
Samen
spelen,
inhouden zullen zij optreden en een verdienstelijke roi
gebraken
met de gehele getallen vormen de positieve en negatieve
gegetallen een lichaam, het lichaam van de rationale of meetbare
op
getallen
tallen. in de wiskuride worden tegenwoordig de rationale
waarformele wijze ingevoerd als klassen van paren gehele getallen,
mogelijk
voor een aantal rekenregels worden vastgesteld. Het is ook
ik zal
:
ze op meer aanschouwelijke wijze in te voeren als operaties
daar echter verder niet op ingaan.
geDe rationale getallen zijn de getallen, die in de practijk worden
eenleiden
hanteerd en daar voortreffelijke diensten bewijzen. Toch
rationale
voudige beschouwingen tot het inzicht, dat het stelsel der
dat
geleerd,
getallen ernstige tekortkomingen bezit, U hebt op school
zi]
toen
teerd,
deze tekortkomingen reeds door de Grieken zijn geconsta
nis
ontstelte
een
het onmeetbare ontdekten. Ook hebt U vernomen welk
en
die ontdekking bij hen veroorzaakte. Zij vonden, dat er lijnstukk
wordt
d
voorbeel
bestaan, die onderling onmeetbaar zijn. Een kiassiek
twee
gegeven door de zijde en de diagonaal van een vierkant; deze
men
kan
dus
lijnstukken hebben geen gemeenschappelijke maat en
Daaruit
geen rationaal getal opnoemen, dat hun verhouding uitdrukt.
niet z0
blijkt, dat het stelsel der rationale getallen voor de meetkunde
de is
erg bruikbaar is. Het geschikte getallensystéem voor de meetkun
getallen
dat der reële getallen, dat de meetbare en de onmeetbare
dat op
omvat. De Grieken hebben zich zonder deze weten te redden, en
sche
bewonderenswaardige wijze, maar de ontwikkeling van algebrai
aan
en analytische methoden na de Middeleeuwen bracht de behoefte
het reële getal als zelfstandig begrip.
op die
Aanvankelijk heeft men de leer der reële getallen gegrondvest
kan hier
der grootheden, bijvoorbeeld lijnstukken. De naam Descartes
genoemd worden. De theorie van het reële getal steunt dan op de
wiskundigen
axioma’s van de meetkunde. Deze toestand heeft echter de
elijk getalniet bevredigd. Men wenste een van de ruimteleer onafhank
begrip. In de tweede helft van de vorige eeuw is deze wens
vervuld.
aangetoond.
Door Dedekind, Cantor, Weierstrasz en anderenñ is toen
Page 6
View in PDF(opens in a new window)hoe men het begrip reëel getal kan ontwikkelen op arithmetische wiize.
zonder een beroep te doen op enige meetkundige aanschouwing oi
meetkundige theorie. Daarmede werd de basis gelegd voor wat men
genoemd heeîft de arithmetisering van de wiskunde, waarbij de gchele
wiskunde, de meetkunde inbegrepen, verschiint als een gebouw, welk:
enig fundament het begrip natuurliik getal is.
De imaginaire of complexe getallen, die bij hun eerste optreden in
de wiskunde, evenals trouwens de negatieve getallen, door een geheimzinnig waäs waren omgeven, kunnen op fraaie wijze mcetkundig
voor de dag worden gebracht.
We nemen een gewoon plat vlak. In dat vlak beschouwen we rechtliinige verplaatsingen of vectoren. Deze denken we alle uit te gaan van
een vast punt O. Op het geheel van al deze van O uitgaande vectoren
denken we ons zekere operaties toegepast. EIlk van die operaties zal
bestaan uit een vermenigvuldiging van O uit met de een of andere
positieve of negatieve factor gecombineerd met een draaiing over
zekere hoek. Het blijkt, dat deze operaties, bij voor de hand liggende
definities van optellen en vermenigvuldigen, een lichaam vormen. Dit
lichaam is het lichaam der complexe getallen. Laten we in het bijzonder
eens letten op de operatie, die bestaat uit het draaien van alle vectoren
over een hoek van 90° in de positieve zin om O. Deze operatie noemen
we i. Onder i maal i hebben we nu te verstaan de operatie. die hetzelfde resultaat geeft als twee opvolgende draaiïïngen van 90° om OC.
Dat is blijkbaar de operatie, die iedere vector omzet in de tegengesteide vector, en deze hebben we voor te stellen door — 1, Zo vinden
we op zeer natuurlijke wijze de formule # — — ].
De invoering van de complexe getallen was voor de wiskunde een
grote verrijking. Zij verschaîfte tal van nieuwe gezichtspunten en leidde
tot de theorie der analytische functies van een complexe veranderlijke,
een der mooiste en belangrijkste delen van de wiskunde,
Wij hebben nu een en ander gezegd over de verschillende soorten
van getallen, die op vrijwel alle gebieden van de wiskunde en daar,
waar de wiskunde wordt toegepast, in gebruik zijn. Veel zou nog te
zeggen zijn over allerlei andere getalsystemen. De moderne algebraicus
onderzoekt talloze ringen en lichamen, die in hun eigenschappen soms
aanzienlijk afwijken van die, welke wij hebben besproken, en die ook
voor de toepassingen — men denke aan de quantummechanica — van
De leer der verzamelingen is de schepping van de wiskundige
G. Cantor. Zij munt uit door grote schoonheid en heeft op merkwaardige wijze de ontwikkeling van de wiskunde beïnvloed. Ook heeft zij
de stoot gegeven tot het ontstaan van uitvoerige discussies over het
wezen en de grondslagen van de wiskunde, discussies, waaraan de
namen van grote mathematici als Poincaré, Brouver en Hilbert ziin
verbonden.
Van het begrip verzamceling geeft Cantor deze definitie: Een verzameling is de samenvaiting van zekere dingen van ons denken tot een
geheel. Dat is niet bepaald een definitie, die door helderheid uitmunt.
lemand, die niet weet, wat bedoeld wordt. zal het er moeilijk uit
kunnen opmaken. Laten we echter doun alsof de zaak ons gehcel
duidelijk is. Over eindige verzamelingen hebben we gesproken; voorbeelden van oneindige verzamelingen zijn: de verzamelingen van alle
natuurlijke getallen, de verzameling van alle ondeclbare getallen, de
verzameling van alle continue functies van een reële veranderlijke, enz.
Hoe beoordeelt men of twee oneindige verzamelingen À en B ..cven
groot” zijn? Op dezelfde manier als bij eindige verzamelingen, dus
door na te gaan of men de elementen van À een-aan-cen kan laten
corresponderen met de elementen van B. Er treedt nu echter een merkwaardig verschijnsel op. Het oude axioma ..het deel is kleiner dan het
geheel” is niet meer geldig. Neem voor À de verzameling van alle
natuurlijke getallen en voor B de verzameling van alle even natuurlike getallen. Laat nu het getal 1 van À corresponderen met het getal
2 van B, het getal 2 van À met het getal 4 van B, het getal 3 van À
met het getal 6 van B, enz. A is dan een-aan-een afgebceld op B. A en
B zijn dus even groot”, ofschoon B een deel is van A.
In plaats van de uitdrukking ,,A en B zijn even groot” gebruikt men
de uitdrukking ,,A en B hebben dezelfde machtigheid” of ,A en B
stellen hetzelfde cardinaalgetal voor". De vraag dringt zich op of
misschien niet alle oneindige verzamelingen dezelide machtigheid
hebben. Dan zou er maar één oneindig cardinaalgetal zijn. Het antwoord is ontkennend. Zeer eenvoudig kan men namelifk bewijzen,
dat de verzameling van aile deelverzamelingen van een gegeven verzameling een grotere machtigheid heeft dan die gegeven verzameling.
Daarimee bedoelt men met de uitspraak, dat À een grotere machtigheid
over oneindige verzamelingen spreken en daardoor ontstaat een vervolg
heeît dan B, dat B wel een-aan-een kan worden afgebeeld op een
deel van A, maar niet op À zelf.
Zo blijkt, dat er onbegrensd veel oneindige cardinaalgctallen zijn.
De kleinste oneindige machtigheid is die van de verzameling der
natuurlijke getallen. Men noemt dit de aftelbare machtigheid. Misschien
verbaast het U te horen dat ook de verzameling van alle meethare getallen de aftelbare machtigheid heeft. De verzameling van alle reële
op de theorie van het natuurlijk getal, Een dubbel vervoig, zou men
kunnen zeggen, want de begrippen cardinaalgetal en ordinaalgetal
gaan hierbij uiteenlopen.
Reeds vroeg kwam Cantor tot het inzicht, dat de verzameling van
alle punten van een plat vlak en ook de verzameling van alle punten
gewicht zijn. IK zal daarover zwijgen.
Gaarne zou ik echter tot .besluit iets willen vermelden over de
oneindige getallen van Cantor.
In het begin van deze rede hebben we de leer der natuurlijke getallen
opgevat als de leer der eindige verzamelingen. Men kan evenwel ook
getallen, dus van alle punten op een lijn, daarentegen is niet aftelbaar.
Page 7
View in PDF(opens in a new window)van de ruimte dezelfde machtigheid heeft als de verzameling van alle
punten op een rechte lijn. Aanvankelijk meende Cantor daaruit te
moeten concluderen, dat er met ons dimensiebegrip iets niet in orde
3
was. Men kan dat lezen in brieven, die hij over deze zaak aan Dedekind
schreef, Dedekind wees er echter op, dat de een-aan-een-afbeeldingen
van de punten van een plat vlak en van de punten van de ruimte op de
punten van een rechie lijn, die Cantor aangegeven had, discontinu
waren, en dat bij continue een-aan-een-afbeeldingen de dimensie wel
bewaard zou blijven. Latere onderzoekingen, met name die van
Brouv'er, hebben dit geheel bevestigd.
Oneindige ordinaalgetallen zijn oneindige welgeordende verzamelingen. Een verzameling heet geordend, wanneer krachtens de een of
andere afspraak van elk tweetal van haar elementen het ene voor het
andere komt. Die afspraak moet zo zijn, dat, ais a voor b komt en
b voor €, a ook voor c komt. Een geordende verzameling heet welgeordend, als de verzameling zelf en ook iedere deelverzameling een
eerste element heeft. Voorbeelden zijn: elke eindige geordende verzameling, de rij der natuurlijke getailen, de rij der natuurlijke getallen
gevolgd door nog een element, de rij der natuurlijke getallen gevolgd
door nog eens de rij der natuurlijke getallen, enz.
Wanneer men twee welgeordende verzamelingen heeft, dan zijn zij
of gelijk, of de ene is gelijk aan een beginstuk van de andere. Daaruit
vloeit voort, dat iedere verzameling van ordinaalgetallen weer welgeordend is. In het bijzonder heeft ieder ordinaalgetal en ook iedere
verzameling van ordinaalgetallen een opvoilger.
Het kleinste ordinaalgetal is 1, Daarop volgen de andere eindige
ordinaalgetallen 2, 3, 4, enz. Na al deze komt het kleinste oneindige
ordinaalgetal, dat men door « aangeeft en dat gedefinieerd wordt
door de rij der natuurlijke getallen. Dan komi w + 1, gedefinieerd door
de rij der natuurlijke getallen gevoigd door nog een element, dan
w + 2, enz, Twee opvoligende rijen van de natuurlijke getallen bepalen, wat men noemt 2w. Daarop volgen 2w + 1, 2w + 2, 2w + &, enz.
Dan komt 3w, 3w + 1, 3» + 2, enz. Zo verder gaande komen we bij
w°, &? + 1, uw +2,.,.., w° + v, enz. enz, Het verschiet is inderdaad
duizelingwekkend.
Jeder ordinaalgetal heeft een zekere machtigheid. Ik moet bekennen,
dat ik mij geen ordinaalgetallen van hogere dan de aftelbare machtigheid kan voorstellen, maar Zermelo bewees met behulp van zijn veelomstreden keuze-axioma, dat iedere verzameling kan worden welgeordend, en daaruit volgt, dat er ordinaalgetallen zijn van willekeurig
hoge machtigheid.
Het geheel van alle crdinaalgetailen, waarvan de machtigheid een
bepaalde grens niet overschrijdt, noemt Cantor een getalklasse. Zo
bestaat de eerste getalklasse uit alle eindige ordinaalgetallen, Hun
verzamelmg en dus het op hen volgende ordinaalgetal « heeft de aftelbare machtigheid, die men wel Aleph-0 noemt. De tweede getalklasse
bestaat uit alle aftelbare ordinaalgetallen. Hun machtigheid en dus die.
van het op hen volgende ordinaaigetal is de kleinste niet-aftelbare
.
machtigheid. Deze noemt men Aleph-1.
verzamede
is
dat
,
continuum
het
heeft
gezegd,
heb
reeds
Zoals ik
ling van alle punten op een rechte lijn, een hogere machtigheid dan de
aftelbare. Nu heeft men nog nooit een verzameling van punten op een
rechte lijn gevonden, die een machtigheid heeft groter dan de aftelbare
en kleiner dan die van het continuum. Dit leidde Cantor tot het opstellen van de hypothese, dat de machtigheid van het continuum
Aleph-1 is. Al zijn pogingen dit te bewijzen bleven echter zonder
resultaat en ook heden ten dage is het zogenaamde continuumprobleem
nog onopgelost.
Het werk van Cantor heeft tot veel kritiek aanleiding gegeven. Dat
de léer
deze kritiek niet ongerechtvaardigd is, blijkt al uit het feit, dat
der verzamelingen tot paradaxen leidt. Zelf heeft Cantor al geworsteld
Veel
met het paradoxale in de verzameling van alle ordinaalgetalien.
dit
0p
de
over
00k
veel
ziin,
vertellen
te
zou er over deze paradoxen
logici
de
iussen
ten
geschilpun
komende
gebied zo sterk naar voren
de
en axiomatici en de intuitionisten. Ik zou daarmede echter allicht
grenzen van mijn onderwerp en de tijd, op welke ik beslag mag leggen,
overschrijden. en wil daarom nu deze beschouwing van de verschillende
soorten van getallen laten eindigen.
Eee CLADE S,