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1、第二章有理數(shù)
在上面的天氣預(yù)報(bào)電視屏幕上,我們看到,這一天上海的最低溫度是-5C, 讀作負(fù)5℃,表示零下5℃。這里,出現(xiàn)了一種新數(shù)一一負(fù)數(shù).
我們將會(huì)看到,除了表示溫度以外,還有許多量需要用負(fù)數(shù)來(lái)表示.有了負(fù) 數(shù),數(shù)的家族引進(jìn)了新的成員,將變得更加絢麗多彩,更加便于應(yīng)用.
本章將與你一起認(rèn)識(shí)負(fù)數(shù),把數(shù)的范圍擴(kuò)充到有理數(shù),并研究有理數(shù)的大小 比擬和運(yùn)算.
§ 2.1正數(shù)和負(fù)數(shù)
我們知道,為了表示物體的個(gè)數(shù)或事物的順序,產(chǎn)生了數(shù)1, 2, 3,;為 了表示“沒(méi)有”,引入了數(shù)0;有時(shí)分配、測(cè)量的結(jié)果不是整數(shù),需要用分?jǐn)?shù)(小 數(shù))表示.總之,數(shù)是為了滿足生產(chǎn)和生活的需要而產(chǎn)生開(kāi)展起來(lái)的.
2、1 .相反意義的量
在日常生活中,常會(huì)遇到這樣的一些量:
例1汽車向東行駛3公里和向西行駛2公里;例2溫度是零上10℃和零下5℃;例3收入500元和支出237元;例4水位升高5. 5米和下降3. 6米等等.
這里出現(xiàn)的每一對(duì)量,雖然有著不同的具體內(nèi)容,但有著一個(gè)共同特點(diǎn),它 們都是具有相反意義的量,向東和向西、零上和零下;收入和支出;升高和下降 都具有相反的音義
、這些例子,出現(xiàn)的每一對(duì)量,有什么共同特點(diǎn)?
你能再舉出幾個(gè)日常生活中的具有相反意義的量嗎?
2 .正數(shù)與負(fù)數(shù)
對(duì)于相反意義的量,只用原來(lái)的那些數(shù)很難區(qū)分量的相反意義.例如,零上 5℃用5表示,那么零下5℃就不能仍用同一
3、個(gè)數(shù)5來(lái)表示.
想一想
怎樣表示具有相反意義的量呢?能否從天氣預(yù)報(bào)的電視屏幕上出現(xiàn)的標(biāo)記 中,得到一些啟發(fā)呢?
在天氣預(yù)報(bào)的電視屏幕上我們發(fā)現(xiàn),零下5c可以用-5C來(lái)表示.一般地, 對(duì)于具有相反意義的量,我們可把其中一種意義的量規(guī)定為正的,用過(guò)去學(xué)過(guò)的 數(shù)表示,把與它意義相反的量規(guī)定為負(fù)的,用過(guò)去學(xué)過(guò)的數(shù)(零除外)前面放上一 個(gè)“-"(讀作負(fù))號(hào)來(lái)表示.
就拿溫度為例,通常規(guī)定零上為正,于是零下為負(fù),零上10C就用10C表 示,零下5c用-5℃來(lái)表示.
在例1中,如果規(guī)定向東為正,那么向西為負(fù).汽車向東行駛3公里記作3 公里,向西2公里應(yīng)記作-2公里.
在例3中,如果規(guī)定收入為正,
4、收入500元記作500元,支出237元應(yīng)記作 什么?
在例4中,如果升高5. 5米記作5. 5米,下降3. 6米記作什么? 在這些討論中,出現(xiàn)了哪些新數(shù)?
為了表示具有相反意義的量,我們引進(jìn)了象-5,-2,-237,-3.6這樣的數(shù), 這是一種新數(shù),
叫做負(fù)數(shù)(negative number).過(guò)去學(xué)過(guò)的那些數(shù)(零除外),如 10, 3, 500, 5. 5等,叫做正數(shù)(positive number).正數(shù)前面有時(shí)也可放上一個(gè)"+〃 號(hào),如5可以寫(xiě)成+5, +5和5是一樣的.注意:0既不是正數(shù),也不是負(fù)數(shù).
練習(xí).將你所舉出的具有相反意義的量用正數(shù)或負(fù)數(shù)來(lái)表示.
1 .在中國(guó)地形圖
5、上,在珠穆朗瑪峰和吐魯番盆地處都 標(biāo)有說(shuō)明它們的高度的數(shù),如下圖.這個(gè)數(shù)通常稱為 海拔高度,它是相對(duì)于海平面來(lái)說(shuō)的.請(qǐng)說(shuō)出圖中所示 的數(shù)8848和T55表示的實(shí)際意義。海平面的高度用什 么數(shù)表示?
2 .以下各數(shù)中,哪些是正數(shù)?哪些是負(fù)數(shù)?
22
+6; -21; 54; 0; —; -3.14; 0.001; -9997.“一個(gè)數(shù),如果不是正數(shù),必定就是負(fù)數(shù).”這句話對(duì)不對(duì)?為什么?
3.有理數(shù)想一想
引進(jìn)了負(fù)數(shù)以后,我們學(xué)過(guò)的數(shù)有哪些?
引進(jìn)了負(fù)數(shù)以后,我們學(xué)過(guò)的數(shù)就有:正整數(shù),如1, 2, 3,零:0;負(fù)整數(shù),如T,-2, -3,...;正分?jǐn)?shù),如L 烏,4.5(即4');3
6、72負(fù)分?jǐn)?shù),如一'—24,-0.3(即—上),一士....
27105正整數(shù)、零和負(fù)整數(shù)統(tǒng)稱整數(shù)(integers),正分?jǐn)?shù)和負(fù)分?jǐn)?shù)統(tǒng)稱分?jǐn)?shù)(fractions).
整數(shù)和分?jǐn)?shù)統(tǒng)稱有理數(shù)(rational rwmbers).
有如下分類表:
[正整數(shù)
[整數(shù)j零
有理數(shù) 1 I負(fù)整數(shù)
正分?jǐn)?shù)
負(fù)分?jǐn)?shù)
,正有理數(shù)(
正整數(shù)
正分?jǐn)?shù)
有理零
負(fù)整數(shù) 負(fù)分?jǐn)?shù)
負(fù)有理
把一些數(shù)放在一起,就組成一個(gè)數(shù)的集合,簡(jiǎn)稱數(shù)集(sei of numbers).所有的 有理數(shù)組成的數(shù)集叫做有理數(shù)集.類似地,所有的整數(shù)組成的數(shù)集叫做整數(shù)集, 所有的正數(shù)組成的數(shù)集叫做正數(shù)集,所有的負(fù)數(shù)
7、組成的數(shù)集叫做負(fù)數(shù)集,如此等 等.
例5把以下各數(shù)填入表示它所在的數(shù)集的正整數(shù)
正整數(shù)
正整數(shù)
正整數(shù)
95%
負(fù)整數(shù)
練習(xí)L請(qǐng)說(shuō)出兩個(gè)正整數(shù),兩個(gè)負(fù)整數(shù),兩個(gè)正分?jǐn)?shù),兩個(gè)負(fù)分?jǐn)?shù).它們都是有理數(shù) 嗎?
2 .有理數(shù)集中有沒(méi)有這樣的數(shù),它既不是正數(shù),也不是負(fù)數(shù)?如有,這樣的數(shù)有 幾個(gè)?
3 .下面兩個(gè)圓圈分別表示正數(shù)集合和整數(shù)集合,請(qǐng)?jiān)谶@兩個(gè)圓圈內(nèi)填入六個(gè)數(shù), 其中有三個(gè)數(shù)既在正數(shù)集合內(nèi),又在整數(shù)集合內(nèi).這三個(gè)數(shù)應(yīng)填在哪里?你能說(shuō) 出這兩個(gè)圓圈的重疊局部表示什么數(shù)的集合嗎?
習(xí)題2.1.以下各數(shù),哪些是整數(shù),哪些是分?jǐn)?shù)?哪些是正數(shù),哪些是負(fù)數(shù)?
1, -0. 10, -
8、 , -789, 325, 0, -20, 10. 10, 1000. 1 8.把以下各數(shù)填入表示它所在的數(shù)集的圈子里:
3.下面的大括號(hào)表示一些數(shù)的集合,把第1、2兩題中的各數(shù)填入相應(yīng)的大括號(hào) 里:
正整數(shù)集:{}負(fù)整數(shù)集:{}正分?jǐn)?shù)集:{}負(fù)分?jǐn)?shù)集:{}4?請(qǐng)接著寫(xiě)出后面的三個(gè)數(shù),你能說(shuō)出第100個(gè)數(shù)、第2000個(gè)數(shù)、第2001個(gè)數(shù)是什么嗎?
(1)1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, _1, , , ; 據(jù)現(xiàn)在的考證,至遲在公元前一世紀(jì),但其中的數(shù)學(xué)內(nèi)容,有些也可以追溯到周 代?!毒耪滤阈g(shù)》采用問(wèn)題集的形式,全書(shū)246個(gè)問(wèn)題,分成方田、粟米、衰分、 少?gòu)V、商
9、功、均輸、贏缺乏、方程、勾股等九章,其中所包含的數(shù)學(xué)成就是十分 豐富的。
(2)1, -2, 3, -4, 5, -6, 7, -8, , ,.
(3)-1, 1,-1 1, -1, 1 -1,,,
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閱讀材料一 一中國(guó)人最早使用負(fù)數(shù)
一一《九章算術(shù)》和我國(guó)古代的“正負(fù)術(shù)”
《九章算術(shù)》是中國(guó)古典數(shù)學(xué)最重要的一部著作。
9
這部著作的成書(shū)年代,根
引進(jìn)和使用負(fù)數(shù)是《九章算術(shù)》的一項(xiàng)突出的貢獻(xiàn)。在《九章算術(shù)》的“方程術(shù)” 中,當(dāng)用遍乘直除算法消元時(shí),可能出現(xiàn)減數(shù)大于被減數(shù)的情形,為此,就需要 引進(jìn)負(fù)數(shù)《九章算術(shù)》在方程章中提出了如下的“正負(fù)術(shù)”:“同名相
10、除,異名 相益,正無(wú)入負(fù)之,負(fù)無(wú)入正之。其異名相除,同名相益,正無(wú)入正之,負(fù)無(wú)入 負(fù)之「這實(shí)際上就是正負(fù)術(shù)的加減運(yùn)算法那么。“同名”、“異名”分別指同號(hào)、異號(hào);“相 益”、“相除”分別指兩數(shù)的絕對(duì)值相加、相減。前四句說(shuō)的是正負(fù)數(shù)和零的減法 法那么,后四句說(shuō)的是正負(fù)數(shù)和零的加法法那么。用符號(hào)表示,設(shè)a>b>0,這八句 話可以表示為:
(±a) — (±b) = ± (a—b);(±a) — ( U b) = ± (a+b);0a=a;0— (—a) = +a;(±a) + ( u b) = ± (a—b), (±b) + ( u a) = u (a—b);(±a) + (±b) = 土 (a—b);0 + a= +a;0+ (—a) = a。
不難看出,所有這些是與我們所學(xué)的有理數(shù)加減法法那么是完全一致的。
《九章算術(shù)》以后,魏晉時(shí)期的數(shù)學(xué)家劉徽對(duì)負(fù)數(shù)的出現(xiàn)就作了很自然的解 釋:“兩算得失相反,要令正負(fù)以名之”,并主張?jiān)诨I算中用紅籌代表正數(shù),黑籌 代表負(fù)數(shù)。
在國(guó)外,負(fù)數(shù)的出現(xiàn)和使用要比我國(guó)遲好幾百年,直到七世紀(jì)時(shí)印度數(shù)學(xué)家 才開(kāi)始使用負(fù)數(shù)。而在歐洲,直到十六世紀(jì)韋達(dá)的著作還拒絕使用負(fù)數(shù)。