概述
數學上,兩個數學對象是 相等的,若他們在各個方面都相同。這就定義了一個二元謂詞 等於,寫作“=”; x = y 若且唯若 x 和 y 相等。通常意義上,等於是通過兩個元素間的等價關係來構造的。將兩個表達式用等於符號連起來,就構成了 等式。
注意,有些時候“A = B”並不表示等式。例如, T( n)= O( n)表示在數量級 n上漸進。因為這裡的符號“=”不滿足若且唯若的定義,所以它不等於等於符號;實際上,O( n) = T( n)是沒有意義的。請參見大O符號了解這部分內容。
集合 A 上的等於關係是種二元關係,滿足自反性,對稱性,反對稱性和傳遞性。 去掉對反對稱性的要求,就是等價關係。 相應的,給定集合A上的任意等價關係 R,可以構造商集 A/ R,並且這個等價關係將‘下降為’ A/ R 上的等於。
在任何條件下都成立的等式稱為恆等式,包含未知數的等式稱為方程式。
基本性質
替代性:
對任意量 a和 b和任意表達式 F( x),若 a= b,則 F( a)= F( b)(設等式兩邊都有意義)。
在一階邏輯中,不能量化像 F這樣的表達式(它可能是個函式謂詞)。
一些例子:
•對任意實數a,b,c,若a=b,則a+c=b+c(這裡F(x)為x+c);
•對任意實數a,b,c,若a=b,則a-c=b-c(這裡F(x)為x-c);
•對任意實數a,b,c,若a=b,則a'c=b'c(這裡F(x)為x'c);
•對任意實數a,b,c,若a=b且c不為零,則a/c=b/c(這裡F(x)為x/c);
自反性:
對任意量 a, a= a。
這個性質通常在數學證明中作為中間步驟。
對稱性:
對任意量 a和 b,若 a= b,則 b= a。
傳遞性:
對任意量 a, b, c,若 a= b且 b= c,則 a= c。
實數或其他對象上的二元關係“約等於”,即使進行精確定義,也不具有傳遞性(即使看上去有,但許多小的差別能夠疊加成非常大的差別)。
儘管對稱性和傳遞性通常看上去是基本性質,但它們能夠通過替代性和自反性證明得到。
邏輯形式
謂詞邏輯含有標準的關於相等的公理,從而形式化萊布尼茨律。萊布尼茨律是由哲學家萊布尼茨在17世紀提出來的。 萊布尼茨的想法是,兩樣物體是同一的,若且唯若它們有完全相同的性質。 形式化這一說法,可以寫成
對任意x 和y,x = y 若且唯若對任意謂詞P,P(x)若且唯若P(y)。
然而,在一階邏輯中,不能對謂詞進行量化。因此,需要使用下述公理:
對任意x 和y,若x 等於y,則P(x)若且唯若P(y)。
這條公理對任意單變數的謂詞 P 都有效,但只定義了萊布尼茨律的一個方向:若 x 和 y 相等,則它們具有相同的性質。 可以通過簡單的假設來定義萊布尼茨律的另一個方向:
對任意x,x 等於x。
則若 x 和 y 具有相同的性質,則特定的它們關於謂詞 P 是相同的。這裡謂詞 P 為: P( z)若且唯若 x = z。 由於 P( x)成立, P( y)必定也成立(相同的性質),所以 x = y( P 的變數為 y).
符號的歷史
“ 等於”符號或 “ =”被用來表示一些算術運算的結果,是由Robert Recorde在1557年發明的。
由於覺得書寫文字過於麻煩,Recorde在他的作品 The Whetstone of Witte 中採用了這一符號。原因是符號中的兩條線一樣長,表明其連線的兩個量也相等。這一發明在威爾斯的St Mary教堂有記錄。
約等於的符號是≈或 ≒,不等於的符號是≠。
表示相等關係的符號。相等是數學中最重要的關係之一,所以數學中很早就出現了表示相等的符號。古希臘數學家丟番圖(Diophantus)用“l”(有時用“ч”)表示相等,古印度人有用相當於pha的字母表示相等.近代的德國數學家雷格蒙塔努斯(Regiomontanus,J.)、義大利數學家帕喬利(Pacioli,L.)等人用破折號“——”表示相等.現代用的等號“=”稱為雷科德符號(Recorde's sign),是英國數學家雷科德(Recorde,R.)在1557年出版的一本書《開端》(Début)中第一次作為等號使用的,但其推廣十分緩慢。後來,著名學者如德國數學家、天文學家克卜勒(Kepler,J.)、義大利數學家、物理學家伽利略(Galilei,G.)、法國數學家費馬(Fermat,P.de)等人一直用文字或縮寫語aequals,ae等表示相等。法國數學家笛卡兒(Descartes,R.)於1637年還用“=”表示現代“±”號的意義,而用“∝”作等號.直到17世紀末,以“=”作等號才逐漸通用。