不知道大家還記不記得甚麼是自然數,這是我們由幼兒園開始接觸的數學,可以說是我們接觸的第一種數學,所以我選擇用自然數來開啟這個系列。
自然數的出現可以說是順理成章,大家可以想像一下,假如你在遠古時期,你出外打獵,把獵物帶回家中,你需要一種方法來記錄獵物的數目,這時,自然數的雛型便出現了,沒有帶回獵物便是0,帶回一隻獵物便是1,如此類推。
當然,那時用的寫法肯定不是我們現在的寫法(阿拉伯數字大約在公元三至八世紀出現),但從以上的例子可見,自然數的出現是十分自然的。
那麼,在數學上,何為自然數?
簡單來說,自然數指的是非負的整數(即0、1、2、3……),有些人不會把0當作自然數,但在我的這個系列,我會把0當作自然數。
當然,以上的說法不是數學上最嚴謹的定義。在數學上,自然數有兩個定義,這兩個定義是基於兩套理論。
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第一種定義:
這是由一個叫皮亞諾的意大利數學家提出的,他提出了五條公理(公理指的是那些沒有經過證明,但符合直覺,不證自明的命題)去建立整個自然數的系統。
1. 0是自然數
2. 每一個確定自然數後面都有一個確定的後繼數,而該後繼數也是自然數。(即每一個自然數後面都有一個自然數)
3. 對於兩個自然數a、b,a=b當且僅當a的後繼數=b的後繼數。(即當兩個自然數相同時,它們的後繼數相同,當它們的後繼數相同時,兩個自然數相同)
4. 0不是任何自然數的後繼數。
5.對於任何關於自然數的命題,如果它對0是真,且假設它對自然數a為真時,可以證明它對a的後繼數也是真時,那麼,對於所有自然數,該命題為真。
頭四條公理可以建立整個自然數的系統,第一、四條公理定義0是第一個自然數,第二條公理確定自然數可以由0開始一直延伸下去,第三條公理確定每個自然數都是獨特的,即確保0=0、1=1......
最後一條是確保數學歸納法的正確性,至於甚麼是數學歸納法,我們之後有機會再討論。
可能你會覺得這個定義有點複雜或者可能有點難想像,那麼接下來的定義可能會比較容易理解。
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第二種定義:
這是利用集合論來定義自然數。
首先,讓我先說說甚麼是集合論。集合論中提出了一個概念叫集合,你可以想像成是一個碗或者一個容器,當中有不同的東西,這就是集合的概念,只不過在集合中的是一些數字或者是其他的集合,正如碗裏面可以放其他碗一樣。
那麼數學家如何用這個概念來定義自然數呢?
我們可以定義0代表空的集合,而下一個自然數代表一個包含前面所有自然數的集合,即1代表包含0的集合,2代表包含0和1的集合,如此類推,我們便可以得到一個包含所有自然數的集合,由此便可以建立整個自然數系統。
用符號表示以上的定義:0={}、1={0},2={0,1}......
由此可以看到0代表沒有東西,1代表裏面有一個東西......所以這個定義應該比較貼近我們日常生活上的觀察(至少我認為是)。
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總括,在這一章中我們討論了自然數的由來以及解釋了自然數的定義,希望大家可以對自然數有更多的了解以及對數學有更多的興趣,下一次,我們會慢慢繼續擴大我們的數字系統。23Please respect copyright.PENANAtHUwwrKWZJ
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(如果有任何錯漏或話得不完整的地方或有更多想了解的地方,歡迎大家指出和提出。)
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