2023/12/25更新:
我重寫了一篇文章談論這個概念,期望會更適合國中學生閱讀。
(因為目前這篇文章裡其實談到了一些大學數學的觀念,可能對國中生來說會增加一些困擾。)
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負負得正似乎是一個思考上的門檻,這裡提供一些觀點。
什麼是「負」?國中教正負數時,正與負是相對的概念,正數表示「大於零的數」,負數表示「小於零的數」。
仔細想想,其實國小所學的所有數字都是「正數」。
家裡有幾個人?3個人,這裡的3是正數。
公車在這站有4個人下車,這裡的4也是正數。
學了負數以後,我們就可以用「正負數字」來表示公車上的人數變化。
例如:「公車人數變化為+4」表示人數增加4個,而「公車人數變化為-4」表示人數減少4個。
學到負數的時候,我們會提到,正數的「+(正)」號可以省略不寫(而負數的「-(負)」號不能省略)。
一方面是為了方便,畢竟我們最先熟悉的數字都是正數,並且生活中使用的絕大多數數字也都是正數,要是不省略正號的話,今天問班上有幾個人,你就要說「班上有正三十個人」,到商店買東西店員就會跟你說「一共是正45元」,這不是太麻煩了嗎?
我們可以用另一種角度來看「正號可以省略」這件事。
今天有一個數字7,我們在它的前面「加上正號」,結果會變成+7=7,數字沒有改變。
而在這個7前面「加上負號」,結果會變成-7(負七),負七是什麼?是正七的「相反數」。
(一個數字的「相反數」可以想成是在數線上與原點距離相同,但方向相反的另個點。)
縱使這些結果依據的理由不是我下面說的這樣,但我們還是可以用這種方式來理解正負號。
我們把「在數字的前面加上正負號」當成對數字做一個動作,而動作對應的結果如下:
在一個數字的前面「加上+(正)號」,結果不會改變;
在一個數字的前面「加上-(負)號」,結果變為相反(原數的相反數)。
用一枚10元硬幣來比喻,我們說人頭那面朝上是「正」,而10元那面朝上是「負(相對於正)」。
對這枚硬幣「加上正號」,就是保持不動,原本是哪一面朝上,就保持原樣;
對這枚硬幣「加上負號」,就是將這枚硬幣「翻面(變為相反)」,人頭翻面就是10元,10元翻面就是人頭。
所以「負負得正」可以說成是:
「將一個數字「變為相反」後再「變為相反」,結果就跟原本的數字一樣。」
「在一個數字的前面「加上負號」再「加上負號」,結果就跟「加上一個正號」一樣。」
「將一個硬幣「翻面」再「翻面」,最後朝上那面的結果就跟沒翻一樣,保持原樣。」
當然在各種運算式中,並不是所有的+、-符號都唸做正或負。
例如:3-(-5)=?
唸法是:「三減負五等於多少?」
但我們學過它的運算規則,可以寫為:3+5=?
這唸做:「三加五等於多少?」
符號上我們仍然看到了數字前面的兩個「-」號可以視為一個「+」號,但嚴謹來說這裡要唸做:「減負得加」。
數學的好處就在這裡啦,也可以說是人類的巧思(?),我們把正負號跟加減號都寫成同樣的「+-」符號,表示創造(歸納)這些符號的人認為,加減跟正負的概念是非常相關的,並且這樣寫也很方便計算。
所以雖然「負負得正」、「減負得加」、「加負得減」……等的唸法都不一樣,意義可能也不太一樣,但計算的結果都是一樣的:
++=+
+-=-
-+=-
--=+
並且這也適用在兩個數字相乘時判斷結果的正負,例如:正數乘以正數,結果是正數。
至於為什麼這麼相似,可以這樣想:
正跟負是相反的概念,加跟減是相反的概念,所以「減負」(相反兩次)就跟「加正」的結果一樣。
最後倒是有個有趣的問題,你可以想想看。
在國小就已經學到的「倒數」,它跟乘法、除法的關係,就像是「負數」跟加法、減法的關係一樣。
所謂負數是正數的「相反」,只是「以某種特定的角度來看是相反的」。(實際上是從加法的角度來看)
而以「乘法」的角度來看「相反」的概念,那就是「倒數」。(除以一個數字是乘以它的什麼呢?)
你可以想想看負負得正類比成倒數的運算規律是什麼。
提示:「正」類比成「保持原樣」;「負」類比成「變為倒數」。
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