负数源于社会生活实际,其出现是数学发展的必然结果。感到骄傲的是,我国是世界上最早使用负数的国家,最迟于公元前1世纪就应用了负数。而印度是7世纪,西方国家直到17世纪才算真正接受了负数概念。
中国对负数的认识史料记载,我国在战国时期就认识到了负数。如李悝(约前455-395)在《法经》中写道,“衣五人终岁用千五百不足四百五”。
而在甘肃居延出土的汉简中,有“相除以负百二十四算”、“负二千二百四十五算”、“负四算,得七算,相除得三算”等类似叙述,这里把“负”与“得”相比,意为缺少、亏空,就是今天负数的雏形。关于负数的加减法运算法则是在我国古代数学经典著作《九章算术》给出的,其最晚成书于公元前1世纪。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。
这里的“同名”、“异名”,就是“同号”和“异号”,“相益”、“相除”是二数绝对值“相加”和“相减”,“无”即“零”。前四句为减法法则,后四句为加法法则。大意为:同号两数相减,等于其绝对值相减(若绝对值较大者为被减数,则符号不变;否则要改变符号);异号两数相减,等于其绝对值相加(取绝对值较大者符号);零减正数得负数,零减负数得正数。
异号两数相加,等于其绝对值相减(取绝对值较大者符号);同号两数相加,等于其绝对值相加(符号不变);零加正数等于正数,零加负数等于负数。刘徽(约225-295)在注释《九章算术》时,给出负数解释,“两算得失相反,要令正负以名之。”意为在计算过程中遇到具有相反意义的量,应用正负数加以区分。他还第一次给出区分正负数的方法:“正算赤,负算黑;否则以邪正为异。
”即在算筹运算中,用红筹表示正数,用黑筹表示负数;亦可用斜放小竹棍表示负数,用正放小竹棍表示正数。此外,东汉末年的刘洪(约130-210)和宋代杨辉也论及了正负数加减法则,皆与《九章算术》一致。尤为称道的是,朱世杰(1249-1314)在其1299年问世的《算学启蒙》中给出正负数的乘除法则: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。这里的乘除运算已是今天的乘除了。
印度最早使用负数者是婆罗摩笈多(Brahmagupta,598-665),其在628年完成的《婆罗摩修正体系》第18章中给出了正负数的四则运算法则,他认为负数就是负债和损失,并用小点或小圈标在数字上面表示负数。对于正负数加减法法则,他叙述道:18.30:正数加正数为正数,负数加负数为负数。正数加负数为彼此之差,若它们相等,其结果为零。负数加零为负数,正数加零为正数,零加零为零。
18.32:负数减零为负数,正数减零为正数,零减零为零,正数减负数为彼此之和。对于正负数乘除法法则,他叙述道:18.33:正负得负,负负得正,正正得正,正数乘零﹑负数乘零和零乘零皆为零。18.34:正数除正数或负数除负数皆为正数,正数除负数或负数除正数皆为负数,零除零为零。18.35:正数或负数除零,有零作为该数的除数;零除正数或负数,有正数或负数作为该数的除数。
正数或负数的平方为正数,零的平方为零。可见婆罗摩笈多已明确把0作为一个数来对待,这在当时是个了不起的数学成就。他还试图以0作分母,认为0/0=0,实际上其值在现代数学中是不确定的。
古巴比伦人在解方程中未提出负根概念,即不用或未发现负数根。西方首先使用负数者应是古希腊的丢番图(Diophantus,约246-330),尽管他不承认方程的负根,但已认识到“减数乘减数得加数,加数乘减数得减数”。
若在解方程中出现负根,他就放弃此根。至14世纪,丘凯(N.Chuquet,1445-1500)和斯蒂弗尔(M. Stifel,1487-1567)都称负数为“荒谬之数”。卡尔达诺(G..Cardano,1501-1576)在其《大术》中承认了负根,但却认为负数是“假数”。直到1572年,邦贝利(R.Bombelli,1526-1572)在其《代数学》中才给出了负数的明确定义。
然而在17世纪以前,西方有不少数学家不承认负数,如韦达(F.Viète,1540-1603),在解方程时极力回避负数,并把负根统统舍去。由于把零看作“无”,因而难以理解比“无”还要“少”。如帕斯卡(B.Pascal,1623-1662)认为,从0减去4是纯粹胡说。而阿润德则举例强烈反对负数,若(-1):1=1:(-1),则有较小数与较大数之比等于较大数与较小数之比,岂不荒谬!
直到1629年,荷兰数学家吉拉德(A.Girard,1593-1632)才使用负数解决几何问题,并在其《代数新发现》中用“-”表示负数和减法运算。吉拉德的符号得到公认,一直沿用至今。与中国数学家不同的是,西方数学家更多的是关注负数存在的合理性。随着19世纪实数理论基础的建立,负数在逻辑上的合理性才算真正建立起来。可见负数概念在西方国家被认可经历了较长的一段时间。
故负数的率先引进是我国古代数学家奉献给数学科学的一份瑰宝。