今天我们来探讨一个看起来很简单,实际上却蕴含着深刻的数学底层逻辑的问题。
为什么负负得正?
很多朋友会说,这个问题不是很显然的吗?还需要去证明吗?
这当然需要严格证明!
我在前面的文章中曾详细介绍过利用皮亚诺公理严格证明“1+1=2”的问题,有兴趣的朋友可以前往我的主页进行翻看。
前面的文章中已经详细介绍过皮亚诺公理,这里简单说一下重点。
皮亚诺公理:
①0是自然数;
②自然数a的后继数记为a′;
③0不是任何自然数的后继数;
④不同的自然数有不同的后继数;
⑤归纳公理(保证数学归纳法的正确性)。
皮亚诺公理
加法的定义:
①任意m∈N,0+m=m;
②任意m,n∈N,n′+m=(n+m)′。
利用皮亚诺公理和加法的定义,即可严格证明“1+1=2”。
证明:定义0'=1,1'=2
1+1=0'+1=(0+1)'=1'=2,证毕!
进一步我们还可以证明加法结合律和加法交换律。
①加法结合律:任意a,b,c∈N
(a+b)+c=a+(b+c);
②加法交换律:任意m,n∈N
m+n=n+m。
乘法的定义:
①任意m∈N,m×0=0;
②任意m,n∈N
m×n'=m×n+m。
进一步我们还可以证明乘法分配律、乘法结合律和乘法交换律。
①乘法分配律:任意a,b,c∈N
a×(b+c)=a×b+a×c;
②乘法结合律:任意a,b,c∈N
(a×b)×c=a×(b×c);
③乘法交换律:任意m,n∈N
m×n=n×m。
再进一步,我们就可以定义减法和除法。
①自然数a的相反数记为-a;
②任意a,b∈N,a-b=a+(-b);
③非零自然数a的倒数记为1/a;
④任意a,b∈N,b≠0
a÷b=a×(1/b)。
至此,我们的加减乘除四则运算,就完善地建立起来了。
进一步可证:任意a,b,c,d∈N
(a+b)×(c+d)=a×c+a×d+b×c+b×d
(a-b)×(c-d)=a×c-a×d-b×c+b×d
好了,现在我们可以来解决标题中提到的问题了。
为什么负负得正?
证明:首先有-1=0+(-1)=0-1
(-1)×(-1)
=(0-1)×(0-1)
=0×0-0×1-1×0+1×1
=0-0-0+1=1
(-1)×(-1)=1,证毕!
很多朋友会认为把这么简单的一个问题讲得如此复杂,完全是没事找事。但实际上,这种层层递进地严密推理是很有必要的,整个数学大厦就是这样一步步建立起来的。正如我们所学的所有几何性质都是从欧几里得在《几何原本》中提出的五大公设推导出来的。