В книге Владимира Левшина «Магистр рассеянных наук» есть математическая притча, в которой к богатому человеку пришел бедняк и предложил умножить имущество миллионщика. Правда, бедняк сразу же оговорился, что умножая состояние богача, он на то же число умножит и собственные средства. Движимый алчностью богач согласился на это условие, действие по умножению было совершено….
Миллионщик бросился к своим сундукам, но вместо золота обнаружил только долговые расписки, согласно которым он обязался вернуть различным людям крупные суммы денег.
Источник изображения: shutterstock.com
На вопрос, где моё золото? Бедняк ответил: "Теперь у меня. Мы договорились умножить наши состояния, вот я и умножил… на отрицательное число."
Это притча прямо иллюстрирует закон умножения на отрицательное число. У бедняка были исключительно долги (отрицательная сумма денег) и при умножении на отрицательное число получилось крупное состояние. Ну а богач при умножении своего состояния на отрицательное число оказался в долгах как в шелках. Приведенная притча как нельзя лучше иллюстрирует математическое правило умножения на отрицательное число. Но как это обосновать и объяснить наглядно?
Строгое доказательство того, что умножение двух отрицательных чисел даст в итоге положительный результат, приводится в таком разделе математики как «Теория чисел». Однако вряд ли среди читателей канала много людей знакомых с математическим понятием «кольцо», а тем более с его бинарными операциями. Поэтому оставим строго математическое доказательство через аксиоматику кольца для математиков, а сами обратимся к доказательствам логическим.
Доказательство первое
Сейчас мы воспользуемся «математической логикой». Есть там «закон отрицания отрицания», который гласит, что если неверное утверждение неверно, то оно — истинное. На примере это можно пояснить так: неверно, что неверно, что Москва столица Российской Федерации. Значит утверждение «Москва является столицей РФ» правдиво. Знак «минус» можно трактовать как отрицание, тогда «минус» «минус» есть подтверждение.
Проще говоря:
-(-2)=2
Теперь проведем несложные вычисления:
-2*(-3)= -1*2*(-1)*3 пока мы просто математически переписали наш пример,
а сейчас используем ассоциативность (сочетательный закон) умножения:
-1*(-1)*2*3=-(-1)*6 (мы просто перемножили единицы и умножили 2 на 3, а знаки пока не трогали)= 6 (для -(-1) мы использовали закон отрицания отрицания).
Доказательство второе
Решим несложное уравнение 6х+6=4х+8
Для начала соберем неизвестные слева от знака равенства, а константы справа, при этом, соблюдая, правило смены знака при переносе через равно. Получим:
6х-4х=8-6
Отсюда, 2х=2, х=2/2
Сейчас мы вспомним, что деление, это операция обратная умножению, и разделить на 2 это то же самое, что умножить на 1/2. Перепишем последнюю строчку:
х=2*(1/2)
Имеем, х=1.
Мы уже знаем правильный ответ. А сейчас повторно решим наше уравнение, вот только постоянные соберем слева от знака равенства, а переменные справа. Получим:
6-8=4х-6х
Отсюда -2=-2х, следовательно, -2/(-2)=х, или же -2*(-1/2)=х.
Но мы уже знаем, что х=1, а значит -2*(-1/2)=1.
Получили, что при умножении двух отрицательных чисел результат оказывается положительный.
Доказательство третье
Возьмем обыкновенный уличный термометр. Пусть каждый час температура поднимается ровно на 2 градуса по Цельсию. Сейчас полдень и на термометре 0 градусов. Какая температура будет в 15 часов?
Источник изображения: istockphoto.com
Задача абсолютно несложная — при постоянном увеличении температуры за три часа она повысится на 6 градусов, поскольку 15ч-12ч = 3ч, а 3*2=6. Так что в 15 часов термометр покажет 6 градусов.
Усложним вопрос: а какая температура была в 8 часов утра, при условии, что ее рост был точно таким же?
Логика подсказывает, что 8 часов утра по сравнению с полднем это -4 часа, так как 8ч-12ч=-4ч. Спустимся по температурной шкале по 2 градуса вниз от 0 градусов 4 раза. Мы получим 8 градусов мороза, или попросту -8 градусов Цельсия. Таким образом получается -4*2=-8. Пока все просто и логично.
Теперь представим ситуацию, когда температура не повышается со временем, а понижается (бывает и такое) на те же 2 градуса в час.
Понижение температуры означает ее изменение на -2 градуса каждый час. Для большей правдоподобности у нас на часах 23-00, а на термометре все тот же 0 градусов по Цельсию. А какая температура была в 20-00? Посчитаем, 20ч-23ч=-3ч. Далее -3*(-2)=6.
Проверим, двигаясь вверх по шкале на два градуса за каждый час. В итоге имеем те же 6 градусов по Цельсию. Следовательно, при умножении двух отрицательных чисел мы получаем положительное.