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负数的意义
在具体讨论负数之前, 我们先来分析一个问题, 这个问题是在培训的过程中小学一线的数学教师提出来的。说是在对小学数学教师的测试中, 有时会有这样的问题: 最小的一数位是几? 据提问题的小学数学教师说, 出题者希望的正确答案是0而不是1, 这大概是为了说明自然数的起始是0而不是1。无论如何, 这样的问题是不全面的、因而是不确切的, 因为在不同的数集回答, 问题的答案是不一样的:
在正整数集合中, 最小的一位数是1;
在自然数集合中, 最小的一位数是0;
在整数集合中,最小的一位数是 -9。
由此可以看到, 在提出或者回答类似问题时, 首先应当清楚是在哪个集合讨论问题, 这个集合决定了讨论问题的范围。在这个问题中, 集合是论证问题的出发点, 正如话题8中所讨论的那样, 出发点是论证的基础。关于集合的进一步讨论, 可以参见下一个话题。
此外, 对于这样的问题, 还应当加强对负数符号的理解、进而加强对负数的理解。如果利用对应的方法认识负数( 参见问题5) , -9应当是一个符号而不是由两个符号组成的, -9表示的是与自然数9量相同、意义相反的数。
现在, 让我们回顾古代中国是如何提出负数的, 从而加强对负数意义的理解。如问题5所说, 负数及其加减运算最初出现在《九章算术》这本书的《方程》篇中, 我想, 其中的第八题就能够很好地说明古代先哲为什么要引进负数。第八题是这样表示的[^55]:
今有卖牛二、羊五,以买十三豕,有余钱一千。卖牛三、豕三,以买九羊,钱适足。卖羊六、豕八,以买五牛,钱不足六百。问牛、羊、豕价各几何?
答曰:牛价一千二百,羊价五百,豕价三百。
术曰:如方程。置牛二、羊五正,豕一十三负,余钱数正;次置牛三正,羊九负,豕三正;次置牛五负,羊六正,豕八正,不足钱负。以正负术入之。
上面所得"术曰"是讨论解题的方法。要列方程,并且"置"、"次置"、"次置"表示这是一个三元一次方程组;其中特别提示说:如果"卖"所得的钱是"正"的话,那么"买"所付的钱为"负",如果"余钱"为正的话,那么"不足钱"为"负";最后,用正负数的加减法运算求得方程组的解。
下面,我们用现代符号来表述"术曰"中所说的三元一次方程组。分别用x、y、z表示牛价、羊价和豕( 猪) 价的话, 那么, "术曰"中所说的三元一次方程组为:
2x + 5y + (-13z) = 1000
3x + (-9y) + 3z = 0
(-5x) + 6y + 8z = -600
把"答曰"所示: x = 1200, y = 500, z =
300代入上面的方程, 方程成立, 即"答曰"所示的数是方程的解。
由此可见,至少在汉朝,古代中国的先民就已经在日常生活和生产实践中广泛地使用负数了,特别难能可贵的是,他们能够非常清晰地理解负数的意义。