解釋這個問題,需要先了解數的推廣過程。
如圖,顯然乘法的分配律在自然數中是成立的。a(b+c)=ab+ac。
在自然數中,加法和乘法總是能無礙執行,但是減法和除法並不總是可行。
比如b-a,只有當b>a時,才有意義。而
b<a時,是沒有意義的,小數減不了大數。為了消除這個限制,為了使b<a時,也有意義,所以引進了符號-1、-2、-3......
並定義b-a=-(a-b)。
這保證了減法能在正整數和負整數範圍內無限制地執行。
那麼乘法呢?應該怎樣定義負數乘法的規則。
(-1)(-1)=?
負一乘以負一,應該等於多少?等於一,還是等於負一?
在邏輯上,等於-1也是可以的。
但是,如果讓(-1)(-1)=-1,
由乘法的分配律a(b+c)=ab+ac,令a=-1,b=1,c=-1,等到的結果a(b+c)=-1(1-1)=-1-1=-2,
而另一方面實際上有
-1(1-1)=-1•0=0。
乘法的分配律將不在成立。
為了保持分配律,保持原有規則,保持乘法運算在負數中,能無礙的執行下去。所以才定義負數的乘法規則(-1)(-1)=1。
還有對分數的引進,及分數的運算規則(這就不說了)……
為了消除對減法的限制,引進了負整數;為了消除對除法的限制,引進了分數(有理數)。而它們的運算規則,(-1)(-1)=1,a/c+c/d=(ad+bc)/bd,a/b•c/d=ac/bd等等規則,是人為規定,創造出來的。創造它們為的就是保持自然數的算術基本規律,在更大的範圍內繼續成立。
這就是數學推廣過程的一個特徵。引進新的符號,擴充一個範圍,使在原來範圍內成立的規則,在更大的範圍內繼續成立。由自然數推廣到整數,到有理數,到無理數,等等。它們的運演算法則,都需要保持算術的交換律、結合律、分配律,這些原有的規則。要搞清楚這個先後順序。
所以,乘法的分配律,在自然數中,是顯然的,不用證明的公理。而在其他範圍內,能證明的僅僅是,在定義的基礎上,乘法的分配律保持不變。
解釋這個問題,需要先了解數的推廣過程。
如圖,顯然乘法的分配律在自然數中是成立的。a(b+c)=ab+ac。
在自然數中,加法和乘法總是能無礙執行,但是減法和除法並不總是可行。
比如b-a,只有當b>a時,才有意義。而
b<a時,是沒有意義的,小數減不了大數。為了消除這個限制,為了使b<a時,也有意義,所以引進了符號-1、-2、-3......
並定義b-a=-(a-b)。
這保證了減法能在正整數和負整數範圍內無限制地執行。
那麼乘法呢?應該怎樣定義負數乘法的規則。
(-1)(-1)=?
負一乘以負一,應該等於多少?等於一,還是等於負一?
在邏輯上,等於-1也是可以的。
但是,如果讓(-1)(-1)=-1,
由乘法的分配律a(b+c)=ab+ac,令a=-1,b=1,c=-1,等到的結果a(b+c)=-1(1-1)=-1-1=-2,
而另一方面實際上有
-1(1-1)=-1•0=0。
乘法的分配律將不在成立。
為了保持分配律,保持原有規則,保持乘法運算在負數中,能無礙的執行下去。所以才定義負數的乘法規則(-1)(-1)=1。
還有對分數的引進,及分數的運算規則(這就不說了)……
為了消除對減法的限制,引進了負整數;為了消除對除法的限制,引進了分數(有理數)。而它們的運算規則,(-1)(-1)=1,a/c+c/d=(ad+bc)/bd,a/b•c/d=ac/bd等等規則,是人為規定,創造出來的。創造它們為的就是保持自然數的算術基本規律,在更大的範圍內繼續成立。
這就是數學推廣過程的一個特徵。引進新的符號,擴充一個範圍,使在原來範圍內成立的規則,在更大的範圍內繼續成立。由自然數推廣到整數,到有理數,到無理數,等等。它們的運演算法則,都需要保持算術的交換律、結合律、分配律,這些原有的規則。要搞清楚這個先後順序。
所以,乘法的分配律,在自然數中,是顯然的,不用證明的公理。而在其他範圍內,能證明的僅僅是,在定義的基礎上,乘法的分配律保持不變。