人们在日常生活中使用负数,源于贸易的需要,随着生产力水平的提高,贸易越来越频繁,负数的概念自然就有了,但是,在科学意义上使用负数,则要到公元3世纪。
在数学史上,第一次使用负数概念的数学家是中国古代的刘徽,刘徽是魏晋时期著名的数学家,他在解线性方程的时候,发现数字不够减,从而引入了负数的概念,并给出了正负数的加减法运算法则。《九章算术》中记载道:“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。’”这段话的意思翻译成现在的数学语言,就是说:正数与正数相减,是两个数的差,正数与负数相减,是两个数的绝对值的和,零减正数是负数,零减负数则是正数。
刘徽的正负数运算法则,为什么强调的是正负数之间、正负数与零的减法运算呢?这主要是为了在解线性方程的过程中消元。线性方程其实就是一次方程,我们以一个简单的二元一次方程为例来说明刘徽发现负数的过程。
已知:2x+y=8,3x+2y=6,求未知数x与y的值。
我们用消元法很快得出这个方程式的解,即x=10,y=﹣12。
但是,如果我们不使用负数,就会发现这个方程式是无法消元的,而且这个方程也无解。
中国人很早就发现了负数,但是,欧洲人接受负数这个概念,则相当的晚,直到公元17世纪,欧洲的数学家才接受了负数的概念。负数为什么难以被数学家接受呢?因为﹣1是比0还小的数字,0本来就是一无所有了,世界上难道还有比一无所有还少的东西存在吗?
﹣1只羊,﹣12个苹果,在地球上并不存在,即使是在贸易的过程中,欠债1只羊,12个苹果,那也是1只羊和12个苹果,并不是比0只羊和0个苹果还少的羊和苹果,如果真的存在负数的话,那就不用还了。所以记账的过程中出现的负数,实际上也是正数。
牛顿
负数作为一个数字难以被理解,负负得正就更难以被理解了,负数乘以负数为什么等于正数呢?其实这就是数学史上的一次思维跨越,从具体数学到形式数学。
负数本身并不存在,因为数字不够减,才引入了负数的概念,而负数乘以负数之所以等于正数,则是为了整个数学体系的和谐而人为设定的规则。正如19世纪的法国数学家司汤达在解释“负负得正”的问题时所说的那样,这是每个人必须接受的,他感觉数学就是一场骗局,不是数学在骗他,就是他的数学老师在骗他。
“负负得正”的“荒谬”还体现在哪里呢?既然负负得正,那么是不是两次负债相乘等于收入呢?每年欠银行1万元,3年后,就是欠3万元,那么,在3年前,银行是不是要返还3万元呢?根据正负数运算法则确实应该如此,因为:(﹣1)×(﹣3)=3,实际上银行在3年前,根本就不可能返还3万,因为从现在开始人们不可能回到3年前。
笛卡尔与克里斯蒂娜女王讨论数学问题
为了解释这个问题,数学家克莱因同样用负债的现象完美解释了这个问题,一个人每天欠债5美元,3天后就是欠债15美元,记为﹣15美元,数学公式为:(﹣5)×3=﹣15。假如我们设定一个日期,那么在这个假定日期的3天前,他的债务状况就是:(﹣5)×(﹣3)=15。