數(shù)學(xué)的第一個瞬間
為什么0不能作為除數(shù)?
為什么1/3+2/3=1?
2×0=1×0,顯然這是成立的,因為結(jié)果就是0=0。如果同時消去0,只剩下2=1,它就是錯的了。為什么呢?
除法和減法,被稱為加法與減法的逆運算。減法的含義,是從一個“給定”的量中,拿走一些東西。如果拿走的方法是直接的,它就是減法,從而得到兩個量,一個是拿走的,一個是剩下的。由于拿走的與剩下的加在一起,正好就是給定的量,所以加法與減法是可逆的。
除法拿走的方法不是直接的。它是先確定一個“單量”,也就是除數(shù),然后將這個單量作為“定量”,按照定量從給定的量里,每次拿一個。最后,統(tǒng)計拿了多少次,將次數(shù)作為得數(shù)。
因此,除法會有余數(shù),余數(shù)就代表了,剩下的不夠定量,所以不能拿走。在這個余數(shù)中,余數(shù)的分母就是“單量”,所以分母一定也是除數(shù)。余數(shù)的分子,是剩下的量。剩下是因為它比單量少,所以余數(shù)的分子一定小于分母。
而已經(jīng)拿走的次數(shù),則是得數(shù)中的整數(shù)部分。因為每次只能拿走單量,所以次數(shù)與單量的乘積,就是給定的量減去余數(shù)分子的量。如果余數(shù)分子為0,則表明,給定的量正好等于單量與次數(shù)的乘積,此時就稱為“整除”。所以乘法是除法的逆運算。
當(dāng)除數(shù)是0時,最終剩下的量就是給定的量。給定的量是2,它就剩下2。給定的量是1,它就剩下1。1當(dāng)然不等于2,所以不能得出等式。
0÷1=0
得數(shù)的0,與除數(shù)的0,雖然都是0,但含義不同。除數(shù)的0,表示“單量”。
得數(shù)的0,表示“次數(shù)”。除數(shù)的單量與給定的量是無關(guān)的,這一步是事先完成的,它可以是任意的。設(shè)定了單量后,才開始與給定的量接觸,每次從給定的量中拿走單量。
給定的量是0,則一次也無法拿走。不僅如此,剩下的量也是0,所以余數(shù)也是0。這才是得數(shù)的全部含義。
由此也可以知道,整除的時候,得數(shù)雖然是整數(shù),其實它是把“剩余為0”省略不寫了。
同樣的,得數(shù)小于1時,則“次數(shù)為0”。如果得數(shù)是分?jǐn)?shù),這里就“省略不寫”。如果得數(shù)寫成數(shù)字形式,0就不能不寫,所以它就寫成小數(shù)。
0.333...+0.666...=0.999...
=1/3+2/3=1
從小數(shù)到分?jǐn)?shù)再到整數(shù),完成了從無限到有限的轉(zhuǎn)換。
比如,一條線段長度是1。然后,讓這條線段再增加一個1的長度。這很容易做,將1的線段延長,在延長線上截取1的長度,得到的就是1+1=2。
我們把這條新線段看做兩段,一段等于1,另一段也等于1。
在這兩個線段之間,還有一個點,也叫做中點,它把兩條線段分為相等的兩段。
以上都沒問題吧?好,現(xiàn)在要問,這個中點,是在前一條線段上呢,還是在后一條線段上呢?
如果它在前一條線段上,它當(dāng)然就不能在后一條線段上??墒?,我們怎么把后一條線段截取出來的呢?我們是直接以這個點為后一條線段的起點。既然它是起點,當(dāng)然應(yīng)該在第二條線段上。
但是,它在第二條線段還沒有作出來之前,就已經(jīng)存在了,而且就是在第一條線段之上。所以,它怎么成為后一條線段的一部分呢?
因此,我們只能承認(rèn),它既在第一條線段上,也在第二條線段上。我們會把這個點稱為“公共端點”,已經(jīng)表明,我們認(rèn)為它同時在兩條線段之上。
接下來就是這個問題了。如果我們再從頭截取1/3+2/3的線段,應(yīng)該把中點也截去嗎?
如果截去,剩下的線段就少了一點。
如果不截,截去的線段就少了一點。
所以,我們的做法是,將這一點截去,然后在原來的位置,補上一點。
這個做法,表明了這樣一個事實。在這個中點的兩邊線段,長度是一樣的,必須加上這一點才等于一。所以,兩邊線段都等于
0.9999..
截取的時候,因為加了中點,所以是1。而剩下的線段,因為添了一點,所以也是1。
以上還是沒錯吧?好,現(xiàn)在我們看這個長度2的線段。前面說了,它是由三個部分組成,公共端點也就是中點,左邊一條,右邊一條。
我們把這三部分加在一起,等于多少呢?左邊加中點,所以它是1。
但是,右邊少了一點,它就不是1了。即使我們在中點的位置添上這一點也沒用,因為它與中點的位置重合,而中點現(xiàn)在已經(jīng)是,也必須是歸為左邊了。
這樣必然的結(jié)果是,如果在一條線段的延長線上,再作一條線段,它將永遠(yuǎn)少掉一個點。
這樣一來,我們就有了兩個“1”。一個,是第一條線段,它是完整的“1”。另一個,是接下來的線段,它永遠(yuǎn)少一點,可是它才是真正與后面的線段相等,因為后面的每一條線段也都少了一個點。所以它也是“1”。
這一矛盾的出現(xiàn),就在于我們把0.999...與1分開了。只要把這兩個點看做一個點,則這兩個點必定重合。所以,我們在截取一條線段后,才可以添上。