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如何认识负数?
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在小学阶段、甚至在整个义务教育阶段,数学教学中所涉及到的数都有明确的现实背景(所涉及到的法则也都有着明确的现实背景),负数也不例外。因此,虽然可以通过减法来定义负数,但负数的本质还是对数量的抽象,所代表的意义与正数是完全相反的。比如,某一个家庭每个月底都要计算这个月的收支情况,第一月份盈余30元钱,第2月份亏损15元钱,那么,应当如何用数字符号来表示这个家庭的收支情况呢?如果用自然数表示盈余,那么就需要创造出一个新的数来表示亏损。人们通常称这样的数为负数:用负数表示亏损。
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人们约定:在自然数的前面加上符号"-"表示负数,并称这个符号为"负号"。比如,在2的前面加上负号就变成了-2。用这样的方法表示负数是非常有道理的,因为负数与对应的自然数在数量上是相等的,表示的意义是相反的:一个是盈余、一个是亏损;一个是向西,一个是向东;一个是前进,一个是后退。所以,在一个自然数的前面加上符号"+"或者"-"是为了表示这个数量的性质,分别称其为"正数"或者"负数"。后来,人们定义距离和绝对值也是基于这个道理,并且根据现实生活的经验规定:
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数量越大(或者说绝对值越大)的正数越大;
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数量越大(或者说绝对值越大)的负数越小;
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0是正数和负数的分水岭,既不是正数也不是负数。
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这样,上面所说的那个家庭的收支情况就可以表示为:+30,-15,或者简约表示为:30,-15。因此,负数是因为日常生活和生产实践的需要创造出来的,并且,与正数的教学方法一样,也可以用这种对应的方法进行负数的教学。
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现有资料表明,最早提到负数、并且给出了正负数加减运算法则的是中国的《九章算术》[^6],在这本书的"方程"篇中讨论了"正负术",用不同颜色的算筹解释了加减法的运算法则,一个具体的例子可以参见附录中的话题10。大约在公元628年左右,印度数学家婆罗摩芨多(Brahmagupta,约598-665)给出了负数的四则运算[^7]。
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通过上面的讨论可以看到,负数与减法运算关系密切,而减法运算又依赖于加法运算,关于这个问题更详细的讨论参见问题10。
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