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负数(初中1年级)

在数字中思考“方向”

在日常生活中,描述温度时经常会用到“负数”。我们会在天气预报中听到“明天的最低气温为-3℃”,温度计的刻度上,也有带“-”号的负数。

想象一下,如果将温度计横放,你就会看到下图这种带刻度的直线,我们称其为数轴。

数轴上表示0的位置被称为原点。从0出发,正方向上的数为正数,反方向上的数为负数,即,负数是正数相反方向上的数。

为了描述“负债”的数量,负数在7世纪的印度诞生了。据说在当时的印度,正数代表“资产”,负数代表的是“负债、损失”。

比如,100万日元的负债,也可以用“有-100万日元的资产”表示。这是因为,资产和负债是完全相反的意思。除此之外,负数还可以用在很多地方。

比我矮10cm→比我高-10cm

向东前进2km→向西前进-2km

体重增加了10kg→体重减少了-10kg

有些情况用负数来描述确实有些别扭,但如果你能掌握负数的表现形式,就能从相反的方向看待问题。我们可以将其作为一项基础训练,锻炼我们从多个角度看待事物的能力。

“0”由“空”变为“平衡”

负数的出现,使我们能够通过一个概念看到事情的另一面。比如说,你在生意上某个月有300万日元的资产和100万日元的损失,如果不使用负数,那就必须考虑资产和损失这两个概念,这样计算每个月的收益或亏损时,就会变得繁琐而复杂。但是,如果你将100万日元的损失理解为“-100万日元的资产”,就能够在盈利为正方向、收支平衡点为原点的数轴上,讨论销售额和盈亏状况。

综上所述,在思考问题的时候,将意义完全相反的两个概念合二为一,是使用负数的最大优势。而在这个前提之下,“0”就不是“空”的意思,而是用来描述“正数”与“负数”同时存在且势均力敌的状态,即“0”表示“平衡”。物理学中力的平衡以及化学中正负离子的反应等,就是遵循的这个思路。

举个例子,绕着地球转的人造卫星相对于地球来说是静止的,这并不是因为人造卫星没有受到力的作用,而是人造卫星受到的万有引力和离心力达到了平衡状态。

另外,在20世纪中后期,东西方之间虽然也有持续的矛盾,却没有爆发大规模的正面武装冲突,这是因为双方阵营势均力敌、彼此牵制,将局面控制在了一种相对稳定的状态。

由于有负数的存在,我们可以将“0”理解为“中间数”。现在你应该能理解,很多事物虽然看起来风平浪静,实际上是有两个完全相反的力在相互作用。通过理解这个概念,我们不仅能培养出看穿事物本质的能力,同时还能预防“0”的平衡状态被打破从而引起的危机。

绝对值

负数让我们认识了数的方向性,但有时我们也需要忽略这种方向性,转而关注“量”。此时,“绝对值”闪亮登场,它表示数轴上的对应点到原点的距离。

绝对值的定义

一个数在数轴上所对应点到原点的距离叫作这个数的绝对值。数a的绝对值用“|a|”来表示,读作“绝对值a”。

绝对值表示“距离”,所以一定是正值。

比如,从原点到“3”的距离是3,即

|3|=3

原点到“-3”的距离也是3,即

|-3|=3

如果用高中所学的向量来表示,“3”可以表示为朝着正方向、长度为3的线段:

而“-3”是朝着负方向、长度为3的线段:

由于绝对值关注的不是线段的方向,而是用以描述长度的“量”(称作标量),所以绝对值永远是正值。

因此,简单来说,正数的绝对值是它本身,负数的绝对值是它本身去掉“-”号。

例如:

|-10|=10←“-10”是负数,其绝对值要去掉“-”号

|5|=5←“5”是正数,其绝对值还是它本身

负数的加法运算

接下来,我们来一起看看负数的计算吧。为了方便理解,请大家把正数想象成资产,负数想象成负债。

首先,

5-3=2

我们可以把这个计算过程想象成:“5万日元的资产扣掉3万日元的资产,剩下2万日元的资产”。“减3”相当于“加-3”,所以减法运算也可以理解为负数的加法运算。

5-3=5+(-3)=2

算式变形后,我们可以将其想象为:“结算5万日元的资产和3万日元的负债后,剩下2万日元的资产”。

顺便说一句,

-5-3

可想象成“在5万日元的负债之上,又添加了3万日元的负债,共计8万日元的负债”,计算过程如下:

小数减大数

接下来,我们要针对小学没学过的“小数减大数”展开想象。例如:

3-5

首先,和前面提到的一样,我们可以把这样的计算想象成“减法运算=负数的加法运算”,因此算式可以这样变形:

3-5=3+(-5)

用文字来描述就是“3万日元的资产和5万日元的负债”。

这么一来,你就相当于共有2万日元的负债,而“2万日元的负债”相当于“-2万日元的资产”,所以计算结果如下:

3-5=3+(-5)=-2

如果资产比负债多,结算后剩余的是资产;反之,如果负债比资产多,结算后会剩余的就是负债。用文字进行描述就是:

正数和负数的加法运算乍看之下有些麻烦,但熟练以后你就可以直接跳过这些思考过程,运用自如。因此,在计算时,我们可以先确定答案是正数还是负数,也就是答案的符号是“+”号还是“-”号。接下来,我们只要算出资产和负债之间的差(准确地说,应该是两个数的绝对值之差)就可以了。为了帮助大家熟练掌握,我还是举几个例子吧。

负债多的例子

资产多的例子

负数的减法运算

如果一个人目前拥有3万日元的资产,债主将其5万日元的负债一笔勾销,那他现在总共有多少资产?没错,8万日元。用算式来表示,可以把“5万日元的负债一笔勾销”用“-(-5)”表示,也就是;

3-(-5)=8

这是因为,“5万日元的负债一笔勾销”=“增加了5万日元的资产”

3-(-5)=3+(+5)=8

这绝对是一件好事。也就是:

-(-5)=+(+5)

综上所述,一个数减去负数相当于加上正数。

负数的减法运算=正数的加法运算

-(-a)=+(+a)

记住这个口诀,下面的计算就变得容易多了:

-8-(-10)=-8+(+10)负数的减法运算→正数的加法运算

因此,

3个以上正负数的加法运算

接下来让我们试着进行一些复杂的计算吧。

-3+5-7+9

如果我们把这样的计算也想象成资产和负债,就是:起初欠了3万日元,然后增加了5万日元的资产,后来又欠了7万日元,最后增加了9万日元的资产……听起来是不是很复杂?遇到这种情况,我们可以用一个小窍门,也就是分别归纳增加的资产和负债。

资产是5万日元加9万日元,共14万日元。

负债是3万日元加7万日元,共10万日元。

分别归纳正数和负数后再进行计算,计算过程如下:

为什么(-1)×(-1)=+1

接下来我要介绍的是负数的乘法运算。

(-1)×(-1)=+1

这个等式恐怕没人不知道,但能准确将它解释清楚的人并不多。在此你要特别注意,那就是负数是正数相反方向上的数,这一点一定要理解透彻。让我们一起看看下面的例子。

假设你每月要支付1万日元的电费,每月月底付完电费后,你的存款为-1万日元(为方便起见,假设你每个月没有收入)。在支付了3个月的电费后,你的存款共少了3万日元,用算式来表示就是:

(-1万日元)×3个月=-3万日元

(-1)×3=-3(负数×正数=负数)

那你在未支付电费前1个月的存款是多少呢?在这里,我们将1个月前想成“-1个月后”,“-1个月后”的存款按照上述过程计算的话,可用算式表示为:

(-1万日元)×(-1个月)

因为1个月前你支付的电费比现在少了1万日元,所以存款金额应该比现在多1万日元。综上所述,答案为+1万日元。

换言之,

(-1万日元)×(-1个月)=+1万日元

即,

(-1)×(-1)=+1

当然,计算你在未支付电费前3个月前(-3个月后)的存款也是一样的道理,

(-1万日元)×(-3个月)=+3万日元

由此可知,你3个月前的存款就是多出的这3个月的电费(+3万日元)。

再强调一次,上述内容关注的是数的方向性。在时间方面,我们把时间前进的方向设为正方向,那么x个月前就是“-x个月后”;而在存款金额方面,我们把存款增加的方向设为正方向,那么减少x万元就是“-x万元”。一旦你理解了数的方向性,就能明白下面的等式为什么成立。

(-1)×(-1)=+1

负数的乘除法运算

(-1)×正数=负数

(-1)×(-1)=+1

如果你理解了上述等式,后面的知识也就不难理解了。例如,

(-3)×(-5)

可进行如下计算:

同样,

(-2)×(-3)×(-4)

也可以通过相同方式进行计算:

但是,这么思考这道题实在费事了,因此我们只需要记住,2个负数相乘得正数就行了。

负数为偶数个时……正数

负数为奇数个时……负数

只要在计算前先确定这一点,我们就可以先忽略正负号,直接进行计算了。

根据这个规律,下面的计算

(-3)×(-5)和(-2)×(-3)×(-4)

可以理解为

运算过程是不是简便了很多?关于负数的计算我们就说到这。

或许你会觉得奇怪:怎么不介绍除法运算?其实,只要把除以一个数当成乘以其倒数进行运算就行了。

即,

16÷(-2)

解答方法如下: mgRGEQbx4OSpVLaBvE4KNdJO05Lv5ue8tpdG4dTn5geSHkS5uPuLlHzUxVEH7VD3

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