В математике отрицательное число представляет собой противоположность. [1] В действительной системе счисления отрицательное число — это число меньше нуля . Отрицательные числа часто используются для обозначения величины потерь или дефицита. Долг , который имеется в наличии , можно рассматривать как отрицательный актив. Если величина, такая как заряд электрона, может иметь один из двух противоположных смыслов, то можно выбрать различие между этими смыслами — возможно, произвольно — как положительный и отрицательный . Отрицательные числа используются для описания значений по шкале ниже нуля, например, шкалы Цельсия и Фаренгейта для температуры. Законы арифметики отрицательных чисел гарантируют, что в арифметике отражается здравый смысл противоположности. Например, − (−3) = 3, поскольку противоположное противоположному является исходным значением.
Отрицательные числа обычно пишутся со знаком минус впереди. Например, -3 представляет собой отрицательную величину со степенью три и произносится как «минус три» или «отрицательные три». Чтобы помочь отличить операцию вычитания от отрицательного числа, иногда знак минуса ставится немного выше знака минус (в виде верхнего индекса ). И наоборот, число, большее нуля, называется положительным ; ноль обычно ( но не всегда ) не считается ни положительным, ни отрицательным . [2] Положительность числа можно подчеркнуть, поставив перед ним знак плюса, например +3. В общем, отрицательность или положительность числа называют его знаком .
Каждое действительное число, кроме нуля, является либо положительным, либо отрицательным. Неотрицательные целые числа называются натуральными числами (т. е. 0, 1, 2, 3...), а положительные и отрицательные целые числа (вместе с нулем) называются целыми числами . (Некоторые определения натуральных чисел исключают ноль.)
В бухгалтерском учете суммы задолженности часто обозначаются красными цифрами или числами в круглых скобках в качестве альтернативного обозначения для обозначения отрицательных чисел.
Отрицательные числа использовались в «Девяти главах математического искусства» , которые в своей нынешней форме датируются периодом китайской династии Хань (202 г. до н. э. — 220 г. н. э.), но вполне могут содержать гораздо более древний материал. [3] Лю Хуэй (ок. III век) установил правила сложения и вычитания отрицательных чисел. [4] К 7 веку индийские математики, такие как Брахмагупта , описывали использование отрицательных чисел. Исламские математики далее разработали правила вычитания и умножения отрицательных чисел и решили задачи с отрицательными коэффициентами . [5] До появления концепции отрицательных чисел такие математики, как Диофант , считали отрицательные решения задач «ложными», а уравнения, требующие отрицательных решений, описывались как абсурдные. [6] Западные математики, такие как Лейбниц, считали, что отрицательные числа недействительны, но все же использовали их в расчетах. [7] [8]
Связь между отрицательными числами, положительными числами и нулем часто выражается в виде числовой прямой :
Числа, расположенные правее на этой линии, больше, а числа, расположенные левее, меньше. Таким образом, ноль появляется посередине, положительные числа справа, а отрицательные слева.
Обратите внимание, что отрицательное число большей величины считается меньшим. Например, хотя (положительное) 8 больше, чем (положительное) 5 , записано
отрицательный 8 считается меньше отрицательного 5 :
В контексте отрицательных чисел число, большее нуля, называется положительным . Таким образом, каждое действительное число , кроме нуля, является либо положительным, либо отрицательным, а сам ноль не считается имеющим знак. Положительные числа иногда пишутся со знаком плюс впереди, например, +3 обозначает положительную тройку.
Поскольку ноль не является ни положительным, ни отрицательным, термин «неотрицательный» иногда используется для обозначения числа, которое является либо положительным, либо нулевым, тогда как « неположительный» используется для обозначения числа, которое является либо отрицательным, либо нулевым. Ноль – нейтральное число.
Отрицательные числа можно рассматривать как результат вычитания большего числа из меньшего. Например, отрицательная тройка — это результат вычитания тройки из нуля:
Как правило, вычитание большего числа из меньшего дает отрицательный результат, при этом величина результата равна разнице между двумя числами. Например,
так как 8 - 5 = 3 .
Знак минус «-» означает оператор как для двоичной (с двумя операндами ) операции вычитания (как в y - z ), так и для унарной ( с одним операндом) операции отрицания (как для - x или дважды для -( - Икс ) ). Особый случай унарного отрицания возникает, когда оно работает с положительным числом, и в этом случае результатом является отрицательное число (как в -5 ).
Неоднозначность символа «-» обычно не приводит к двусмысленности в арифметических выражениях, поскольку порядок операций делает возможной только одну или другую интерпретацию для каждого «-». Однако это может привести к путанице и затруднению понимания выражения, если символы оператора расположены рядом друг с другом. Решением может быть заключение унарного знака «-» в круглые скобки вместе с его операндом.
Например, выражение 7 + −5 может быть более понятным, если написать 7 + (−5) (хотя формально они означают одно и то же). Выражение вычитания 7–5 — это другое выражение, которое не представляет те же операции, но дает тот же результат.
Иногда в начальных школах перед числом может стоять надстрочный знак минус или знак плюс, чтобы явно различать отрицательные и положительные числа, как в [23].
Сложение двух отрицательных чисел очень похоже на сложение двух положительных чисел. Например,
Идея состоит в том, что два долга можно объединить в один долг большей величины.
При сложении смеси положительных и отрицательных чисел можно думать об отрицательных числах как о вычитаемых положительных количествах. Например:
В первом примере кредит в размере 8 сочетается с долгом в размере 3 , что дает общий кредит в размере 5 . Если отрицательное число имеет большую величину, то результат отрицательный:
Здесь кредит меньше долга, поэтому конечным результатом является долг.
Как обсуждалось выше, вычитание двух неотрицательных чисел может дать отрицательный ответ:
В общем, вычитание положительного числа дает тот же результат, что и сложение отрицательного числа равной величины. Таким образом
и
С другой стороны, вычитание отрицательного числа дает тот же результат, что и сложение положительного числа равной величины. (Идея состоит в том, что потерять долг — это то же самое, что получить кредит.) Таким образом,
и
При умножении чисел величина произведения всегда равна произведению двух величин. Знак произведения определяется следующими правилами:
Таким образом
и
Причина первого примера проста: сложение трех -2 дает -6 :
Обоснование второго примера более сложное. Идея снова заключается в том, что потеря долга — это то же самое, что и получение кредита. В этом случае потерять два долга по три в каждом — то же самое, что получить кредит в шесть:
Соглашение о том, что произведение двух отрицательных чисел является положительным, также необходимо для того, чтобы умножение соответствовало закону распределения . В этом случае мы знаем, что
Поскольку 2 × (−3) = −6 , произведение (−2) × (−3) должно равняться 6 .
Эти правила приводят к другому (эквивалентному) правилу — знак любого произведения a × b зависит от знака a следующим образом:
Обоснование того, почему произведение двух отрицательных чисел является положительным числом, можно наблюдать при анализе комплексных чисел .
Правила знаков при делении такие же, как и при умножении. Например,
и
Если делимое и делитель имеют одинаковый знак, результат положительный, если они имеют разные знаки, результат отрицательный.
Отрицательная версия положительного числа называется его отрицанием . Например, −3 — это отрицание положительного числа 3 . Сумма числа и его отрицания равна нулю:
То есть отрицание положительного числа является аддитивным обратным числом.
Используя алгебру , мы можем записать этот принцип в виде алгебраического тождества :
Это тождество справедливо для любого положительного числа x . Его можно сделать справедливым для всех действительных чисел, расширив определение отрицания, включив в него ноль и отрицательные числа. Конкретно:
Например, отрицание −3 равно +3 . В общем,
Абсолютное значение числа – это неотрицательное число той же величины. Например, абсолютное значение -3 и абсолютное значение 3 равны 3 , а абсолютное значение 0 равно 0 .
Подобно рациональным числам , мы можем расширить натуральные числа N до целых чисел Z , определив целые числа как упорядоченную пару натуральных чисел ( a , b ). Мы можем распространить сложение и умножение на эти пары с помощью следующих правил:
Мы определяем отношение эквивалентности ~ для этих пар по следующему правилу:
Это отношение эквивалентности совместимо с определенными выше операциями сложения и умножения, и мы можем определить Z как фактормножество N² /~, т.е. мы идентифицируем две пары ( a , b ) и ( c , d ), если они эквивалентны в выше смысла. Обратите внимание, что Z , оснащенный операциями сложения и умножения, является кольцом и фактически является прототипом кольца.
Мы также можем определить общий порядок на Z , написав
Это приведет к аддитивному нулю формы ( a , a ), аддитивной обратной к ( a , b ) форме ( b , a ), мультипликативной единице формы ( a + 1, a ) и a определение вычитания
Эта конструкция является частным случаем конструкции Гротендика .
Аддитивное обратное число уникально, как показывает следующее доказательство. Как упоминалось выше, аддитивное обратное число определяется как значение, которое при добавлении к числу дает ноль.
Пусть x — число, а y — его аддитивное обратное число. Предположим, что y’ — еще одна аддитивная инверсия x . По определению,
Итак, x + y′ = x + y . Используя закон сокращения для сложения, видно, что y′ = y . Таким образом, y равен любому другому аддитивному значению, обратному x . То есть y — уникальная аддитивная инверсия x .
Долгое время понимание отрицательных чисел задерживалось из-за невозможности иметь количество физического объекта с отрицательным числом, например «минус три яблока», а отрицательные решения проблем считались «ложными».
В эллинистическом Египте греческий математик Диофант в III веке нашей эры ссылался на уравнение, которое было эквивалентно ( имеющее отрицательное решение) в арифметике , говоря, что это уравнение абсурдно. [24] По этой причине греческие геометры были способны решать геометрически все формы квадратного уравнения, дающие положительные корни; в то время как они не могли принимать во внимание других. [25]
Отрицательные числа впервые в истории появляются в « Девяти главах о математическом искусстве» (九章算術, Цзиу чжан суан-шу ), которые в своем нынешнем виде датируются периодом Хань , но вполне могут содержать гораздо более древний материал. [3] Математик Лю Хуэй (ок. III век) установил правила сложения и вычитания отрицательных чисел. Историк Жан-Клод Марцлофф предположил, что важность двойственности в китайской натурфилософии облегчила китайцам принятие идеи отрицательных чисел. [4] Китайцы умели решать одновременные уравнения, включающие отрицательные числа. В Девяти главах использовались красные счетные стержни для обозначения положительных коэффициентов и черные стержни для обозначения отрицательных. [4] [26] Эта система является полной противоположностью современной печати положительных и отрицательных чисел в области банковского дела, бухгалтерского учета и торговли, где красные цифры обозначают отрицательные значения, а черные числа обозначают положительные значения. Лю Хуэй пишет:
Итак, существуют два противоположных вида счетных палочек для прибылей и убытков, назовем их положительными и отрицательными. Красные счетные палочки – положительные, черные – отрицательные. [4]
В древнеиндийском рукописи Бахшали вычисления проводились с отрицательными числами, используя «+» в качестве отрицательного знака. [27] Дата рукописи неизвестна. Л. В. Гурджар датирует его не позднее 4-го века, [28] Хорнле датирует его третьим и четвертым веками, Айянгар и Пингри датируют его 8-м или 9-м веками, [29] а Джордж Гевергезе Джозеф датирует его примерно 400 годом нашей эры и не позднее начала VII века, [30]
В 7 веке нашей эры в Индии для обозначения долгов использовались отрицательные числа. Индийский математик Брахмагупта в книге «Брахма-Спута-Сиддханта » (написанной около 630 г. н.э.) обсудил использование отрицательных чисел для получения квадратичной формулы общей формы , которая используется и сегодня. [24] Он также нашел отрицательные решения квадратных уравнений и дал правила относительно операций с отрицательными числами и нулем , например: «Долг, отрезанный от небытия, становится кредитом; кредит, отрезанный от небытия, становится долгом». Положительные числа он называл «состояниями», ноль — «шифром», а отрицательные — «долгами». [31] [32]
В 9 веке исламские математики были знакомы с отрицательными числами из работ индийских математиков, но признание и использование отрицательных чисел в этот период оставалось робким. [5] Аль-Хорезми в своей книге «Аль-джабр ва'ль-мукабала» (от которой происходит слово «алгебра») не использовал отрицательные числа или отрицательные коэффициенты. [5] Но в течение пятидесяти лет Абу Камиль проиллюстрировал правила знаков для расширения умножения , [33] и аль-Караджи написал в своей книге «Аль-Фахри », что «отрицательные величины следует считать членами». [5] В 10 веке Абу аль-Вафа аль-Бузджани рассматривал долги как отрицательные числа в « Книге о том, что необходимо из науки арифметики для писцов и бизнесменов» . [33]
К XII веку преемники аль-Караджи должны были сформулировать общие правила знаков и использовать их для решения полиномиального деления . [5] Как пишет ас-Самаваль :
произведение отрицательного числа — ан-накиш (потеря) — на положительное число — аз-заид (прибыль) — отрицательно, а на отрицательное число — положительно. Если мы вычтем отрицательное число из большего отрицательного числа, остаток будет их отрицательной разницей. Разница останется положительной, если мы вычтем отрицательное число из меньшего отрицательного числа. Если из положительного числа вычесть отрицательное число, то остаток будет их положительной суммой. Если мы вычтем положительное число из пустой степени ( мартаба халия ), остаток будет таким же отрицательным, а если мы вычтем отрицательное число из пустой степени, остаток будет тем же положительным числом. [5]
В XII веке в Индии Бхаскара II дал отрицательные корни квадратным уравнениям, но отверг их, поскольку они не подходили в контексте проблемы. Он заявил, что отрицательное значение «в данном случае не следует принимать, поскольку оно неадекватно; люди не одобряют отрицательные корни».
Фибоначчи допускал отрицательные решения финансовых проблем, где их можно было интерпретировать как дебет (глава 13 Liber Abaci , 1202 г. н.э.), а позже как потери (в работе Фибоначчи Flos ).
В 15 веке француз Николя Шюке использовал в качестве показателей степени отрицательные числа [34] , но называл их «абсурдными числами». [35]
Майкл Стифел имел дело с отрицательными числами в своей книге « Арифметика Интегра» (1544 г. ), где он также называл их «numeri абсурдными» (абсурдными числами).
В 1545 году Джероламо Кардано в своей книге Ars Magna впервые в Европе удовлетворительно трактовал отрицательные числа. [24] Он не допускал отрицательных чисел при рассмотрении кубических уравнений , поэтому ему приходилось рассматривать, например, отдельно от (с в обоих случаях). В целом Кардано был вынужден изучить тринадцать типов кубических уравнений, в каждом из которых все отрицательные члены были перенесены на другую сторону знака =, чтобы сделать их положительными. (Кардано тоже имел дело с комплексными числами , но, по понятным причинам, они нравились им еще меньше.)
В 1748 году Леонард Эйлер , формально манипулируя комплексными степенными рядами , используя квадратный корень из полученной формулы комплексного анализа Эйлера : [36]
В 1797 году нашей эры Карл Фридрих Гаусс опубликовал доказательство фундаментальной теоремы алгебры , но выразил тогда свои сомнения относительно «истинной метафизики квадратного корня из −1». [37]
Однако европейские математики по большей части сопротивлялись концепции отрицательных чисел вплоть до середины XIX века. [38] В 18 веке было обычной практикой игнорировать любые отрицательные результаты, полученные из уравнений, полагая, что они бессмысленны. [39] В 1759 году английский математик Фрэнсис Масерес писал, что отрицательные числа «затмевают всю доктрину уравнений и затмевают вещи, которые по своей природе являются чрезмерно очевидными и простыми». Он пришел к выводу, что отрицательные числа бессмысленны. [40]
Лю ясно говорит об этом; в тот момент, когда в Девяти главах дается подробное и полезное «Правило знаков».
Команда Марка МакКолла впоследствии опустилась с третьего на последнее место в Премьер-лиге с -22 очками.
Но на третьей минуте добавленного времени нападающий реализовал прострел Люка Мерфи с восьми ярдов и принес третью подряд победу в первой лиге команде Хилла, которая начала кампанию с -12 очками после перехода в администрацию в мае.
Дельта времени: термин, используемый для описания разницы во времени между двумя разными кругами или двумя разными автомобилями.
Например, обычно существует отрицательная разница между лучшим временем круга водителя и его лучшим временем круга в квалификации, потому что он использует низкий запас топлива и новые шины.
Помощь ветра обычно выражается в метрах в секунду, как положительных, так и отрицательных.
Положительное значение означает, что ветер помогает бегунам, а отрицательное значение означает, что бегунам приходится работать против ветра.
Так, например, ветер −2,2 м/с и +1,9 м/с является законным, а ветер +2,1 м/с является слишком сильным и считается незаконным.
Также часто используются термины «попутный ветер» и «встречный ветер».
Попутный ветер толкает бегунов вперед (+), а встречный ветер толкает бегунов назад (-)
{{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )