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如何认识负数?
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。
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:
数量越大(或者说绝对值越大)的正数越大;
数量越大(或者说绝对值越大)的负数越小;
0是正数和负数的分水岭, 既不是正数也不是负数。
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。
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]。
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。