我们现在接受九年制义务教育,在七年级时就接触负数了。在感到新鲜的同时,我们有没有想过,负数是怎么产生的?
在数学发展史上,负数从发现到被正式承认,经历了一千多年。
传说古代有一个财主,为了吉利,特别规定他的家人:从大年初一到正月十五,只能说“发”,不能讲“亏”;只能说升高、增加、收入,不能说降低、减少、支出……这难坏了帐房先生:家里的粮食、银两支出怎么记帐啊?无奈之下,只得去请教当地公认的智者——宝华寺的法师。法师缄默不语,只给了他一只阴阳葫芦。帐房先生高高兴兴地回家了,以为葫芦中必有锦囊妙计,可看了半天,葫芦里什么也没有,帐房先生傻眼了。情急之下,灵机一动,“看不清用水灌”。想着想着,他将葫芦灌满了水。这时,他发现灌进去的清水,倒出来却变成了红水。账房先生恍然大悟,终于找到了解决问题的办法:用黑字记收入,用红字记支出。这种方法流传至今。传说是否真实,无从考证,但我国是最早使用负数的国家却是被公认的事实。
从历史上看,负数出现的另一个原因是解方程的需要。由于解方程经常遇到小数减大数的情况,为了使方程能够解下去,就必须引入负数。在我国古代数学名著«九章算术»中,已经用正负数表示相反意义的量了,该书记有正负数的概念和加减运算法则,这是我国数学史上的光辉成就,在该书的方程章中,我国古代杰出的数学家刘徽有一个注释:“两算得失相反,要令正负以名之”,它的意思是说,在布列方程时,由于所给数量可能具有相反的意义,因而引出正负数的概念,不仅如此,而且对正负数的加减法则也规定得很清楚。“正负术曰:同名相除,异名相益。正无入负之,负无入正之;其异名相除,同名相益。正无入正之,负无入负之。”这里所说的“同名”、“异名”,指的就是“同号”、“异号”。“相益”、“相除”,指的就是二数的绝对值相加或相减。其中前四句是正负数减法法则,意思是说,同号相减,异号相加。以零减正得负,以零减负得正。后四句是正负数加法法则,意思是:异号相减,同号相加。零加正得正,零加负得负。
按刘徽的注释,“无入为无对也,无所得以减也。”他所指是以零为被减数的情形。“正无入正之,负无入负之。”按同样解释其意义是零加正得正,零加负得负。
元朝数学家朱世杰在其«算学启蒙»(1299年)一书中,对正负数运算又有新的发展,他把«九章算术»中的说法改写为:“明正负术,其同名相减,则异名相加,正无入正之,负无入负之;其异名相减,则同名相加。正无入正之,负无入负之。”在这里朱世杰把«九章算术»中的“除”字改为“减”字。把“益”字改为“加”字,与今日文词比较接近,使人看了明白易懂。朱世杰还提出正负数乘除法法则:“同名相乘为正,异名相乘为负;”“同名相除所得为正,异名相除所得为负。”朱世杰给出完整的正负数乘除运算法则与我们今日的说法基本相同。(www.daowen.com)
印度很早就引进了负数,婆罗摩笈多在628年左右系统地给出了负数的四则运算的正确法则。婆什伽罗在«根的计算»中进一步讨论了负数,他把负数叫做“负债”或“损失”,用数码上加一点表示负数,数码右下方加一点表示减号。不过,当一个问题得出正负两个解的时候,他们会解释说:“负数解不合适,因为人们不赞成负数,故舍弃。”
直到15世纪,欧洲才在方程的讨论中出现负数,其中在1484年有法国的舒开(?-1500年)曾给出二次方程的一个负根,但他不承认它,把负根说成“荒谬的数”。1545年法国数学家卡尔达诺(1501-1576年)虽是承认方程中有负数,但他称负数为“假数”,他认为只有正数才是“真数”。韦达(1540-1603年)则完全不要负数。而笛卡尔则是部分的接受了负数,他把方程的负根称作“假根”。
18世纪以后,由于负数的运算法则在直观上是可靠的,它并没有在计算上发生问题,正如法国数学家达朗贝尔(1717-1783年)所说:“对于负数进行运算的代数法,任何人都是赞成的,并认为是正确的,不管我们对这些数有什么看法。”从此负数在欧洲最终得到确立。到19世纪它为整数奠定了逻辑基础,但给负数在数学上以应有的地位的是德国数学家维尔斯特拉斯(1815-1897年)和戴德金(1813-1916年)等人。
我国数学家提出正负数的概念以及正负数加减法则,比欧洲数学家要早一千多年。这在数学史上的确是一个伟大的成就和贡献。
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