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乘法是加法的简便运算吗?
人们一般认为,乘法是加法的简便运算,但事实并不这样简单,需要分两种情况讨论:一种情况是基于自然数集合,一种情况是基于整数集合。
在自然数集合上, 乘法是加法的简便运算。比如, 8 = 4 × 3是由8 = 4 +
4 + 4 产生的, 是3个4相加的简便运算。一般地, 对于a ∈ N, b ∈ N有
a × b = c ←→ a + a + ... + a = c,
其中"连加"表示有b个a相加, 因此左边的乘法是b个a相加的简便运算。对于这样的表示, 通常称a为被乘数、b为乘数、c为积。
基于这样的运算, 可以得到两个基本性质: 对于任何a ∈ N有
0 × a = 0, 1 × a = a。
通过附录话题19的讨论可以看到, 这两个性质是乘法运算独有的。这两个性质构成了乘法运算的基本特征, 近代数学所定义的任何乘法( 包括矩阵的乘法) 都保留了这两个性质。
在整数集合上,乘法不是加法的简便运算。当被乘数为负数、乘数为正数时,还可以把乘法运算解释为加法的简便运算。比如,可以把
-2 × 3 = -6 ←→ (-2) + (-2) + (-2) = -6,
解释为3个
-2相加的简便运算。可是, 当乘数为负数时, "乘法是加法的简便运算"这个命题就解释不通了。比如, 不可能把乘法3
× (-2) 解释为
-2个3相加的简便运算。因此, 在整数集合上, 我们不能说乘法是加法的简单运算。那么, 到底应当怎样解释整数集合上的乘法呢? 这就需要我们更加深刻地理解乘法, 理解乘法的算理、以及基于算理的乘法运算法则。