公式(代数)

代数基础

gōng shì (dài shù)

代数公式是以方程形式表达的规则,展示变量之间的关系,使你能在已知其他量时计算出某个量。

Definition

公式是用字母和符号写成的数学规则,展示如何计算某个量:把已知的值代入,就能求出想要的值,从而省去每次都要重新推导同一条规则的麻烦。公式是表达变量之间关系的一个方程,可以在已知其他变量的情况下计算出某一个变量,它其实是字母方程的一种,因此掌握了字母方程,你就总能改写公式,而不必为每个想求解的变量单独记住一条新公式。在代数意义上,公式是含多个变量、编码某种函数关系的方程;公式是恒等式(在整个定义域内恒成立)或定义隐函数的方程的特殊情形,而在数理逻辑中,公式是形式语言中一个合式表达式,其取值为真或假。

Example

矩形面积公式:$A = l \times w$;若长为 $8$,宽为 $5$,则 $A = 8 \times 5 = 40$ 平方单位。路程公式:$d = rt$;若 $r = 60$ 英里/小时,$t = 2.5$ 小时,则 $d = 150$ 英里,改写以求时间得到 $t = d/r$。求根公式 $x = (-b \pm \sqrt{b^2-4ac})/(2a)$ 是通过对 $ax^2 + bx + c = 0$ 配方推导出来的,在 $\mathbb{R}$(或 $\mathbb{C}$)上对所有 $a \neq 0$ 都成立。

Key Insight

公式省去了每次都要重新推导同一条规则的麻烦,科学中的每一个公式都是一个字母方程,可以改写以求解任意一个变量。公式压缩了知识:求根公式蕴含了次数为 $2$ 的多项式解的完整理论,因为判别式 $b^2 - 4ac$ 不需要真正算出根,就能确定根的个数和类型。