平方的意义是什么?

作者&投稿:检光 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
平方,也就是 2 次方,是乘方运算的一种特殊情况,也就是【2 个自身“相乘”】。即:乘方运算,是根据乘法运算定义的。对于“数”而言,平方是一种运算;对“集合”和“关系”而言,也是如此。它们的区别,就在于定义乘方所依据的“乘法”。

(1)集合的“乘法”:
涉及到【二元组】的概念(或称序偶),即形如 <a, b> 这样的数对(当然,a、b可以是数,也可以是任何其他对象)。
对于两个集合A、B,分别从A、B中任选一个元素a,b,就可组成一个二元组<a, b>;如果把A、B中的每一个元素,都任意进行配对,得到的所有二元组所构成的集合,就是A、B相乘的结果:A×B,叫做【笛卡尔积】。
有了乘法,自然就可定义乘方了:A² = A×A。

举个例子:数轴上的点,都对应一个实数;平面坐标系中的点,都对应一个坐标。其实,坐标就是一个二元组(x,y):x来自横轴;y来自纵轴。而横轴和纵轴,都对应实数集R。所以,平面坐标系就可表示为:R×R,也就是 R²。

(2)关系的“乘法”:
首先,关系本身也是集合。所以,任何关系都可以进行集合的乘法运算,也就是笛卡尔积,其规则就如(1)中所述。——如果你所说的关系的平方就是指这个,那后面的就不用看了。

不过,关系是一种特殊的集合,因此它引出了一种特殊的“乘法”运算——关系的复合。
与(1)类似,首先要定义“乘法”,也就是“关系的复合”;然后,平方的定义就很简单了:关系的平方,就是关系到自身的复合。
至于复合的定义,没必要在这里跟你说了,你可以自己看书去。只是提醒你一点:

鉴于关系本身也是集合,如果用同样的符号表示关系的乘方,那势必会产生歧义,所以数学上对关系特有的“乘法”和“乘方”——关系的复合——规定了新的符号:
R o S :关系 R 和 S 的复合;
S o S = S ^ (2) :关系 S 到自身的2次复合,即 S 的“平方”;(“指数”2 需要用括号括起来)
作为对比,S 作为集合进行的笛卡尔积表示为:
S × S = S ^ 2 = S²。

(其实,对于关系的复合,我们已不再称其为关系的“乘法”或“乘方”,而是称其为“R与S的复合”或“S到自身的n次复合”。只是因为这两种运算的表示,和乘法与乘方很相似,所以才在一些非正式场合这样称呼。集合的笛卡尔积倒是可以称为“集合间的乘法”,而集合的“乘方”之说也是顺理成章的。所以,关系,只有在作为集合出现时,才有真正意义上的“平方”。)

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