Jump to content

Ноль в степени нуля

Ноль в нулевой степени , обозначается 0 0 , — это математическое выражение , которое либо определено как 1, либо оставлено неопределенным , в зависимости от контекста. В алгебре и комбинаторике обычно определяют 0 0 = 1 . В математическом анализе выражение иногда остается неопределенным. Языки программирования и программное обеспечение также имеют разные способы обработки этого выражения.

Дискретные показатели [ править ]

Многие широко используемые формулы, включающие показатели степени натуральных чисел, требуют 0 0 определить как 1 . Например, следующие три интерпретации b 0 имеют такой же смысл для b = 0, как и для натуральных чисел b :

Все три из них специализируются на том, чтобы дать 0 0 = 1 .

и ряды степенные Полиномы

При оценке полиномов удобно определить 0 0 как 1 . (Вещественный) многочлен — это выражение вида a 0 x 0 + ⋅⋅⋅ + а н х н , где x – неопределенное число, а коэффициенты a i действительные числа . Полиномы складываются почленно и умножаются с применением закона распределения и обычных правил для показателей. С помощью этих операций многочлены образуют кольцо R [ x ] . Мультипликативным тождеством R x [ ] x многочлен является 0 ; то есть х 0 раз любой многочлен p ( x ) равен просто p ( x ) . [2] Кроме того, полиномы можно оценить, присвоив x вещественное число. Точнее, для любого данного действительного числа r существует единственный гомоморфизм R -алгебры с единицей ev r : R [ x ] → R такой, что ev r ( x ) = r . Поскольку ev r унитарен, ev r ( x 0 ) = 1 . То есть, р 0 = 1 для каждого действительного числа r , включая 0. Тот же аргумент применим и при замене R любым кольцом . [3]

Определение 0 0 = 1 необходимо для многих полиномиальных тождеств. Например, биномиальная теорема справедливо для x = 0, только если 0 0 = 1 . [4]

Аналогично, кольца степенных рядов требуют x 0 быть определен как 1 для всех специализаций x . Например, такие тождества, как и справедливо для x = 0, только если 0 0 = 1 . [5]

Чтобы многочлен x 0 чтобы определить непрерывную функцию R R , необходимо определить 0 0 = 1 .

В исчислении степени правило справедливо для n = 1 при x = 0, только если 0 0 = 1 .

Непрерывные показатели [ править ]

График z = x и . Красные кривые (с константой z ) дают разные пределы, когда ( x , y ) приближается к (0, 0) . Все зеленые кривые (с конечным постоянным наклоном, y = ax ) дают предел 1 .

Пределы, включающие алгебраические операции, часто можно оценить, заменив подвыражения их пределами; если результирующее выражение не определяет исходный предел, выражение известно как неопределенная форма . [6] Выражение 0 0 является неопределенной формой: для данных вещественных функций f ( t ) и g ( t ) приближающихся к 0 (поскольку t приближается к действительному числу или ±∞ ) с f ( t ) > 0 , предел f ( t ) г ( т ) может быть любым неотрицательным действительным числом или +∞ или может расходиться , в зависимости от f и g . Например, каждый предел ниже включает функцию f ( t ) г ( т ) с f ( т ), г ( т ) → 0 при т → 0 + ( односторонний предел ), но их значения различны:

Таким образом, функция двух переменных x и , хотя и непрерывна на множестве {( x , y ) : x > 0} , не может быть расширена до непрерывной функции на множестве {( x , y ) : x > 0} ∪ {(0, 0)} , как бы ни решает определить 0 0 . [7]

С другой стороны, если f и g аналитические функции в открытой окрестности числа c , то f ( t ) г ( т ) → 1, когда t приближается к c с любой стороны, на которой f положительно. [8] Этот и более общие результаты можно получить, изучая предельное поведение функции . [9] [10]

Комплексные показатели [ править ]

В комплексной области функция z В может быть определен для ненулевого z, ветвь log z выбрав и определив z В как и в журнале z . Это не определяет 0 В поскольку не существует ветви log z, определенной в точке z = 0 , не говоря уже о окрестности 0 . [11] [12] [13]

История [ править ]

Как значение [ править ]

В 1752 году Эйлер во «Введении к анализу бесконечно малых» написал , что 0 = 1 [14] и прямо упомянул, что 0 0 = 1 . [15] Аннотация, приписываемая [16] Маскерони . в издании 1787 года книги Эйлера Institutiones Calculus Differentialis [17] предложил «обоснование» а также еще одно, более сложное оправдание. В 1830-е годы Либри [18] [16] опубликовал еще несколько аргументов, пытаясь обосновать это утверждение 0 0 = 1 , хотя это было далеко не убедительно даже по стандартам строгости того времени. [19]

В качестве ограничительной формы [ править ]

Эйлер, при установке 0 0 = 1 , отметил, что, следовательно, значения функции 0 х сделайте «огромный скачок» от для x < 0 до 1 при x = 0 и до 0 для x > 0 . [14] В 1814 году Пфафф использовал аргумент теоремы о сжатии, чтобы доказать, что x х → 1 при x → 0 + . [8]

С другой стороны, в 1821 г. Коши [20] объяснил, почему предел x и Поскольку положительные числа x и y приближаются к 0, будучи ограничены некоторым фиксированным соотношением, можно заставить принимать любое значение от 0 до ∞, выбрав соответствующее отношение. Он пришел к выводу, что предел полной двух переменных функции x и без указанного ограничения является «неопределенным». С этим обоснованием он перечислил 0 0 наряду с такими выражениями, как 0/0 в . таблице неопределенных форм

Очевидно, не зная о работе Коши, Мёбиус [8] в 1834 году, основываясь на аргументе Пфаффа, ошибочно утверждал, что f ( x ) г ( х ) → 1 всякий раз, когда f ( x ), g ( x ) → 0 , когда x приближается к числу c (предположительно, f считается положительным вдали от c ). Мёбиус свелся к случаю c = 0 , но затем допустил ошибку, предположив, что каждое из f и g можно выразить в виде Px н для некоторой непрерывной функции P, не обращающейся в нуль в точке 0 , и некоторого неотрицательного целого числа n , что верно для аналитических функций, но не в общем случае. Анонимный комментатор указал на неоправданность шага; [21] затем другой комментатор, подписавшийся просто как «С», привел явные контрпримеры ( например, −1/ х ) х и −1 и ( е −1/ х ) 22x и −2 при х → 0 + и выразил ситуацию, написав, что « 0 0 может иметь много разных значений». [21]

Текущая ситуация [ править ]

  • Некоторые авторы определяют 0 0 как 1, потому что это упрощает многие утверждения теорем. По словам Бенсона (1999), «выбор, определять ли 0 0 основано на удобстве, а не на правильности. Если мы воздержимся от определения 0 0 , то некоторые утверждения становятся излишне неуклюжими. ... Консенсус состоит в том, чтобы использовать определение 0 0 = 1 , хотя есть учебники, которые воздерживаются от определения 0 0 ." [22] Кнут (1992) более решительно утверждает, что 0 0 " должно быть 1 "; он проводит различие между значением 0 0 , который должен равняться 1 , и предельной форме 0 0 (аббревиатура предела f ( t ) г ( т ) где f ( t ), g ( t ) → 0 ), что является неопределенной формой: «И Коши, и Либри были правы, но Либри и его защитники не поняли, почему истина была на их стороне». [19]
  • Другие авторы оставляют 0 0 не определено, потому что 0 0 является неопределенной формой: f ( t ), g ( t ) → 0 не влечет за собой f ( t ) г ( т ) → 1 . [23] [24]

Кажется, нет авторов, присваивающих 0 0 определенное значение, отличное от 1. [22]

Лечение на компьютерах [ править ]

Стандарт IEEE с плавающей запятой [ править ]

Стандарт IEEE 754-2008 с плавающей запятой используется при разработке большинства библиотек с плавающей запятой. Он рекомендует ряд операций для вычисления мощности: [25]

  • pown (экспонента которого является целым числом) обрабатывает 0 0 как 1 ; см. § Дискретные показатели .
  • pow (чье намерение состоит в том, чтобы вернуть результат, отличный от NaN , когда показатель степени является целым числом, например pown) угощает 0 0 как 1 .
  • powr угощения 0 0 как NaN (не число) из-за неопределенной формы; см. § Непрерывные показатели .

The pow вариант вдохновлен pow функция от C99 , в основном для совместимости. [26] Это полезно в основном для языков с одной степенной функцией. pown и powr варианты были введены из-за противоречивого использования степенных функций и разных точек зрения (как указано выше). [27]

Языки программирования [ править ]

Стандарты C и C++ не указывают результат 0. 0 (может возникнуть ошибка домена). Но для C, начиная с C99 , если нормативное поддерживается приложение F, результат для реальных типов с плавающей запятой должен быть равен 1, поскольку существуют важные приложения, для которых это значение более полезно, чем NaN. [28] (например, с дискретными показателями ); результат по сложным типам не указывается, даже если поддерживается информативное приложение G. Стандарт Java , [29] метод .NET Framework System.Math.Pow, [30] Джулия и Питон [31] [32] также лечить 0 0 как 1 . Некоторые языки документируют, что их операция возведения в степень соответствует pow функция из математической библиотеки C ; относится к Lua это ^ оператор [33] и Perl ** оператор [34] (где явно указано, что результат 0**0 зависит от платформы).

и научное Математическое обеспечение программное

Р , [35] МудрецМатематика , [36] и ПАРИ/ГП [37] оценить х 0 до 1 . Математика [38] упрощает х 0 до 1, не наложено никаких ограничений даже если на x ; однако, если 0 0 вводится напрямую, это рассматривается как ошибка или неопределенность. Математика [38] и ПАРИ/ГП [37] [39] далее различайте целые значения и значения с плавающей запятой: если показатель степени является нулем целочисленного типа, они возвращают 1 типа основания; возведение в степень с показателем степени с плавающей запятой, равным нулю, рассматривается как неопределенное, неопределенное или ошибочное.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бурбаки, Николя (2004). «III.§3.5». Элементы математики, Теория множеств . Спрингер-Верлаг .
  2. ^ Бурбаки, Николя (1970). «§III.2 № 9». Алгебра . Спрингер . Единственный моном степени 0 является единичным элементом A [( X i ) i I ] ; его часто отождествляют с единичным элементом 1 из A
  3. ^ Бурбаки, Николя (1970). «§IV.1 № 3». Алгебра . Спрингер .
  4. ^ Грэм, Рональд ; Кнут, Дональд ; Паташник, Орен (5 января 1989 г.). «Биномиальные коэффициенты». Конкретная математика (1-е изд.). Аддисон-Уэсли Лонгман Паблишинг Ко. с. 162. ИСБН  0-201-14236-8 . В некоторых учебниках оставляют количество 0. 0 не определено, поскольку функции x 0 и 0 х имеют разные предельные значения при уменьшении x до 0. Но это ошибка. Мы должны определить x 0 = 1 для всех x , если биномиальная теорема должна быть справедливой, когда x = 0 , y = 0 и/или x = - y . Биномиальная теорема слишком важна, чтобы ее можно было произвольно ограничивать! Напротив, функция 0 х совершенно неважно.
  5. ^ Вон, Герберт Э. (1970). «Выражение 0 0 «. Учитель математики . 63 : 111–112.
  6. ^ Малик, Южная Каролина; Арора, Савита (1992). Математический анализ . Нью-Йорк, США: Уайли. п. 223. ИСБН  978-81-224-0323-7 . В общем случае предел φ ( x )/ ψ ( x ) , когда x = a, в случае существования пределов обеих функций, равен пределу числителя, разделенного на знаменатель. Но что происходит, когда оба предела равны нулю? Тогда деление ( 0/0 ) становится бессмысленным. Подобный случай известен как неопределенная форма. Другими такими формами являются ∞/∞ , 0 × ∞ , ∞ − ∞ , 0 0 , 1 и 0 .
  7. ^ Пейдж, LJ (март 1954 г.). «Заметка о неопределенных формах». Американский математический ежемесячник . 61 (3): 189–190. дои : 10.2307/2307224 . JSTOR   2307224 .
  8. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Мёбиус, А. Ф. (1834 г.). «Доказательство уравнения 0 0 = 1 , nach JF Pfaff" [Доказательство уравнения 0 0 = 1 по Дж. Ф. Пфаффу]. Журнал чистой и прикладной математики (на немецком языке). 1834 (12): 134–136. дои : 10.1515/crll.1834.12.134 . S2CID   199547186 .
  9. ^ Бэксли, Джон В.; Хаяши, Элмер К. (июнь 1978 г.). «Неопределенные формы экспоненциального типа» . Американский математический ежемесячник . 85 (6): 484–486. дои : 10.2307/2320074 . JSTOR   2320074 . Проверено 23 ноября 2021 г.
  10. ^ Сяо, Джинсен; Хэ, Цзяньсюнь (декабрь 2017 г.). «О неопределенных формах экспоненциального типа» . Журнал «Математика» . 90 (5): 371–374. дои : 10.4169/math.mag.90.5.371 . JSTOR   10.4169/math.mag.90.5.371 . S2CID   125602000 . Проверено 23 ноября 2021 г.
  11. ^ Кэрриер, Джордж Ф.; Крук, Макс; Пирсон, Карл Э. (2005). Функции комплексной переменной: теория и методика . п. 15. ISBN  0-89871-595-4 . Поскольку log(0) не существует, 0 С является неопределенным. Для Re( z ) > 0 мы определяем его произвольно как 0 .
  12. ^ Гонсалес, Марио (1991). Классический комплексный анализ . Чепмен и Холл . п. 56. ИСБН  0-8247-8415-4 . Для z = 0 , w ≠ 0 определим 0 В = 0 , а 0 0 не определяется.
  13. ^ Мейерсон, Марк Д. (июнь 1996 г.). " Х х Шпиндель». Журнал Mathematics . Том 69, № 3. С. 198–206. doi : 10.1080/0025570X.1996.11996428 . ... Начнем с x = 0. Здесь x х является неопределенным.
  14. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Эйлер, Леонард (1988). «Глава 6, §97». Введение в анализ бесконечного, Книга 1 . Перевод Блэнтона, Дж. Д. Спрингера. п. 75. ИСБН  978-0-387-96824-7 .
  15. ^ Эйлер, Леонард (1988). «Глава 6, §99». Введение в анализ бесконечного, Книга 1 . Перевод Блэнтона, Дж. Д. Спрингера. п. 76. ИСБН  978-0-387-96824-7 .
  16. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Либри, Гийом (1833). «Mémoire sur les fonctions прекращается» . Журнал чистой и прикладной математики (на французском языке). 1833 (10): 303–316. дои : 10.1515/crll.1833.10.303 . S2CID   121610886 .
  17. ^ Эйлер, Леонард (1787). Институты дифференциального исчисления, Vol. 2 . Тичини ISBN  978-0-387-96824-7 .
  18. ^ Либри, Гийом (1830). «Примечание по значениям функции 0 0 х ". Журнал чистой и прикладной математики (на французском языке). 1830 (6): 67–72. doi : 10.1515/crll.1830.6.67 . S2CID   121706970 .
  19. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кнут, Дональд Э. (1992). «Два примечания к обозначениям». Американский математический ежемесячник . 99 (5): 403–422. arXiv : математика/9205211 . Бибкод : 1992math......5211K . дои : 10.1080/00029890.1992.11995869 .
  20. ^ Коши, Огюстен-Луи (1821), Курс анализа Королевской политехнической школы , Полное собрание сочинений: 2 (на французском языке), том. 3, с. 65–69
  21. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Аноним (1834 г.). «Замечания к статье «Доказательство уравнения 0 = 1 , nach JF Pfaff" " [Замечания к сочинению "Доказательство уравнения 0 0 = 1 , по данным Дж. Ф. Пфаффа». Журнал чистой и прикладной математики (на немецком языке). 1834 (12): 292–294. doi : 10.1515/crll.1834.12.292 .
  22. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бенсон, Дональд К. (1999). Написано в Нью-Йорке, США. Момент доказательства: математические прозрения . Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета . п. 29. ISBN  978-0-19-511721-9 .
  23. ^ Эдвардс; Пенни (1994). Исчисление (4-е изд.). Прентис-Холл . п. 466.
  24. ^ Киди; Биттингер; Смит (1982). Алгебра Два . Аддисон-Уэсли . п. 32.
  25. ^ Мюллер, Жан-Мишель; Бризебар, Николя; де Динешен, Флоран; Жаннерод, Клод-Пьер; Лефевр, Винсент; Мелькионд, Гийом; Револь, Натали ; Стеле, Дэмиен; Торрес, Серж (2010). Справочник по арифметике с плавающей запятой (1-е изд.). Биркхаузер . п. 216. дои : 10.1007/978-0-8176-4705-6 . ISBN  978-0-8176-4704-9 . LCCN   2009939668 . S2CID   5693480 . ISBN   978-0-8176-4705-6 (онлайн), ISBN   0-8176-4704-X (печать)
  26. ^ «Более трансцендентальные вопросы» . grouper.ieee.org . Архивировано из оригинала 14 ноября 2017 г. Проверено 27 мая 2019 г. (Примечание. Начало обсуждения функций мощности для пересмотра стандарта IEEE 754, май 2007 г.)
  27. ^ «Re: Расплывчатая спецификация» . grouper.ieee.org . Архивировано из оригинала 14 ноября 2017 г. Проверено 27 мая 2019 г. (Примечание. Предложение вариантов в обсуждении функций мощности для пересмотра стандарта IEEE 754, май 2007 г.)
  28. ^ Обоснование международного стандарта — Языки программирования — C (PDF) (Отчет). Версия 5.10. Апрель 2003. с. 182.
  29. ^ «Математика (Java Platform SE 8) pow» . Оракул.
  30. ^ «Метод Math.Pow библиотеки классов .NET Framework» . Майкрософт.
  31. ^ «Встроенные типы — документация Python 3.8.1» . Проверено 25 января 2020 г. Python определяет мощность (0, 0) и 0 ** 0 = 1 , как это принято в языках программирования.
  32. ^ «math — Математические функции — Документация Python 3.8.1» . Проверено 25 января 2020 г. В исключительных случаях, насколько это возможно, следуйте приложению F стандарта C99. В частности, мощность(1.0, х) и pow(x, 0.0) всегда возвращает 1.0, даже если х — ноль или а НаН .
  33. ^ «Справочное руководство по Lua 5.3» . Проверено 27 мая 2019 г.
  34. ^ «perlop – Возведение в степень» . Проверено 27 мая 2019 г.
  35. ^ Основная команда R (11 июня 2023 г.). «R: Язык и среда для статистических вычислений - Справочный указатель» (PDF) . Версия 4.3.0. п. 25 . Проверено 22 ноября 2019 г. 1 ^ y и y ^ 0 всегда 1.
  36. ^ Команда разработчиков Sage (2020). «Справочное руководство Sage 9.2: Стандартные коммутативные кольца. Элементы кольца Z целых чисел» . Проверено 21 января 2021 г. Для совместимости с Python и MPFR 0^0 определяется как 1 в Sage.
  37. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «pari.git/commitdiff – 10- x ^ t_FRAC: по возможности возвращайте точный результат; например, 4^(1/2) теперь равно 2» . Проверено 10 сентября 2018 г.
  38. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Документация по языку и системе Wolfram: Мощность» . Вольфрам . Проверено 2 августа 2018 г.
  39. ^ Группа ПАРИ (2018). «Руководство пользователя PARI/GP (версия 2.11.0)» (PDF) . стр. 10, 122 . Проверено 4 сентября 2018 г. Существует также оператор возведения в степень ^, когда показатель степени имеет целочисленный тип; в противном случае она рассматривается как трансцендентная функция. ... Если показатель степени n является целым числом, то точные операции выполняются с использованием методов двоичного (сдвига влево) возведения в степень. ... Если показатель степени n не является целым числом, возведение в степень рассматривается как трансцендентная функция exp( n log x ) .

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2f1cd9217ba0a9f972876e8b5eed9317__1721240940
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2f/17/2f1cd9217ba0a9f972876e8b5eed9317.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Zero to the power of zero - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)