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为什么负负得正?真相远不止你想得那么简单!

百科热搜 作者:数学边界 热度:223

为什么负负得正?真相远不止你想得那么简单!

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?

负正得什么

很多朋友会说,这个问题不是很显然的吗?还需要去证明吗?

负正得什么

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。

标签: 负负得正     远不止     真相