Кіріспе

Математикалық объектіні білдіретін символ. Математикада айнымалы (латынша variabilis – "өзгермелі") – математикалық объектіні көрсететін символ. Айымалы сан, вектор, матрица, функция, функцияның аргументі, жиын немесе жиынның мүшесін білдіруі мүмкін. Айымалыларды нақты сандар сияқты алгебралық түрде есептеу арқылы бір есептеуде көптеген мәселелерді шешуге болады. Мысалы, квадрат теңдеудің формуласы кез келген квадрат теңдеуді, осы теңдеудің коэффициенттерінің сандық мәндерін формуладагы айнымалыларға қойып шешеді. Математикалық логикада айнымалы – теорияның белгісіз шартын білдіретін символ (мета айнымалы) немесе теорияның негізгі объектісі, ол оның мүмкін интуитивтік түсіндірмесіне сілтеме жасамай қолданылады.

Тарих

Евклидтің "Элементтері" сияқты көне еңбектерде жеке әріптер геометриялық нүктелер мен пішіндерді білдіреді. 7 ғасырда Брахмагупта "Брахмафутсаидданта" еңбегінде алгебралық теңдеулердегі белгісіздерді көрсету үшін әртүрлі түстерді пайдаланды. Осы кітаптың бір бөлімі "Көп түсті теңдеулер" деп аталады. 16 ғасырдың соңында Франсуа Виет белгілі және белгісіз сандарды әріптермен көрсету идеясын енгізді, бұл қазір айнымалылар деп аталады, және оларды сандар сияқты есептеу идеясын ұсынды – нәтижені қарапайым алмастыру арқылы алу үшін. Виет белгілі шамалар үшін дауыссыз әріптерді, ал белгісіздер үшін дауысты әріптерді қолдануды қалыптастырды. 1637 жылы Рене Декарт теңдеулердегі белгісіздерді x, y және z, ал белгілі шамаларды a, b және c арқылы көрсету конвенциясын енгізді. Виеттің конвенциясынан өзгеше, Декарттың конвенциясы бүгінге дейін кеңінен қолданылады. Математикадағы x әрпінің тарихы туралы 1887 жылы "Scientific American" журналында мақала жарияланды. 1660 жылдардан бастап Исаак Ньютон мен Готфрид Вильгельм Лейбниц тәуелсіз түрде инфинитезимальды есептеуді (дифференциалды және интегралды есептеуді) жасады, ол негізінен өзгермелі шаманың шексіз кішкентай өзгеруінің, оған тәуелді басқа шаманың сәйкес өзгеруін зерттеуден тұрады. Шамамен бір ғасырдан кейін Леонхард Эйлер инфинитезимальды есептеу терминологиясын қалыптастырып, f функциясы, оның x айнымалысы және y мәні үшін y = f(x) белгісін енгізді. 19 ғасырдың соңына дейін "айнымалы" сөзі функцияның аргументтері мен мәндеріне қатысты қолданылды. 19 ғасырдың екінші жартысында инфинитезимальды есептеудің негізі, көзге көрінетін парадокстармен (мысалы, ешқандай жерде туындысы жоқ үздіксіз функция) күресу үшін жеткілікті формальды емес екендігі анықталды. Бұл мәселені шешу үшін Карл Вейерштрасс лимит туралы интуитивті түсінікті формальды анықтамамен алмастырудан тұратын жаңа формализмді енгізді. Лимит туралы бұрынғы түсінік: "x айнымалысы өзгереді және a-ға жақындаса, онда f(x) L-ға жақындайды", бірақ "жақындау" нақты анықталмаған. Вейерштрасс бұл тұжырымды бес айнымалының ешқайсысы өзгермейтін формуламен ауыстырды. Бұл статикалық тұжырымдама қазіргі заманғы айнымалы түсінігіне әкелді, ол математикалық объектіні білдіретін символ, ол белгісіз болуы мүмкін немесе берілген жиынның кез келген элементімен алмастырылуы мүмкін (мысалы, нақты сандар жиыны).

Нөмірлік

Айнымалылар әдетте бір әріппен белгіленеді, көбінесе латын әліпбиінен, сирек грек әліпбиінен, кіші немесе бас әріптермен. Әріптен кейін сан (мысалы, x2), басқа айнымалы (xi), сөз немесе сөздің қысқартылған түрі (xtotal) немесе математикалық өрнек (x2i + 1) келуі мүмкін. Компьютер ғылымының ықпалымен, таза математикадағы кейбір айнымалы атаулары бірнеше әріптер мен сандардан тұрады. Рене Декарттың (1596–1650) дәстүрі бойынша, әліпбидің басындағы әріптер (a, b, c) белгілі шамалар мен параметрлер үшін, ал әліпбидің соңғы әріптері (x, y, z) белгісіз шамалар мен функциялардың айнымалылары үшін қолданылады. Баспа математикасында айнымалылар мен тұрақтыларды *көлбеу* (italic) шрифтпен жазу қалыпты. Мысалы, жалпы квадраттық функция мына түрде жазылады , мұнда a, b және c – параметрлер (сондай-ақ тұрақты функциялар болғандықтан, тұрақтылар деп те аталады), ал x – функцияның айнымалысы. Бұл функцияны нақтырақ көрсету үшін түрде жазуға болады, бұл x-тің функция аргументі екенін және a, b, c-нің тұрақты шамалар екенін нақтылайды. c саны x-ке қатысты тұрақты функция болатын мүшеде болғандықтан, ол тұрақты мүше деп аталады. Математиканың нақты салалары мен қолданыстарында айнымалыларға арнайы атау беру ережелері бар. Бірдей рөл атқаратын немесе ұқсас мағынаға ие айнымалыларға көбінесе тізбектелген әріптер немесе әртүрлі индекстері бар бірдей әріп тағайындалады. Мысалы, 3D координаттық кеңістіктегі үш осьті әдетте x, y және z деп атайды. Физикада айнымалылардың атаулары көбінесе олар сипаттайтын физикалық шамаға байланысты болады, бірақ әр түрлі атау конвенциялары бар. Ықтималдық және статистикадағы кең таралған конвенция – кездейсоқ айнымалылардың атаулары үшін X, Y, Z әріптерін пайдалану, ал x, y, z әріптерін сәйкес келетін жақсы анықталған шамаларды білдіретін айнымалылар үшін сақтау.

Тәуелді және тәуелсіз айнымалылар

Физика және басқа ғылымдарға қолданылатын математикалық есептеулерде, мүмкін болатын мәндері басқа айнымалының, мысалы x-тің мәніне байланысты болатын айнымалыны, мысалы y-ді қарастыру жиі кездеседі. Математикалық тұрғыдан алғанда, тәуелді айнымалы y, x функциясының мәнін көрсетеді. Формулаларды жеңілдету үшін, тәуелді айнымалы y және x-ті y-ге шартайтын функция үшін бірдей символ қолдану ыңғайлы. Мысалы, физикалық жүйенің күйі қысым, температура, кеңістіктегі орналасу және басқа өлшенетін шамаларға байланысты болады, ал осы шамалардың барлығы жүйе өзгерген кезде өзгереді, яғни уақыттың функциясы болып табылады. Жүйені сипаттайтын формулаларда бұл шамалар уақытқа тәуелді айнымалылармен белгіленеді, демек, олар уақыт функциялары ретінде қарастырылады. Сондықтан, формула ішінде тәуелді айнымалы – басқа (немесе бірнеше басқа) айнымалылардың функциясы болып табылатын айнымалы. Тәуелсіз айнымалы – тәуелді емес айнымалы. Айнымалының тәуелді немесе тәуелсіз болу қасиеті көбінесе қарастыруға байланысты және ішкі емес. Мысалы, f(x, y, z) жазуда үш айнымалының барлығы тәуелсіз болуы мүмкін, және бұл жазу үш айнымалының функциясын көрсетеді. Екінші жағынан, егер y және z, x-ке тәуелді болса (тәуелді айнымалылар болса), онда бұл жазу жалғыз тәуелсіз айнымалы x функциясын білдіреді.

Модульдік кеңістіктер

Тұрақтылар мен айнымалыларды қарастыру модульдік кеңістіктер тұжырымдамасына алып келуі мүмкін. Мысал ретінде, парабола теңдеуін қарастырайық, мұнда және барлығы нақты сандар болып есептеледі. Осы теңдеуді қанағаттандыратын 2D жазықтықтағы нүктелер жиыны парабола графигін құрайды. Мұнда, және параболаны анықтайтын тұрақтылар, ал және айнымалылар болып қарастырылады. Енді, және айнымалылар ретінде қарастырудың орнына, 3-тіктердің әрбір жиынтығы әртүрлі параболаға сәйкес келетінін байқаймыз. Яғни, олар "параболалар кеңістігіндегі" координаталарды анықтайды: бұл параболалардың модульдік кеңістігі деп аталады.