快速洞察:减去负数

一位数学老师最近问如何向她的班级解释减去负数的概念。为什么8 - (-6) = 14和8 + 6 = 14是一样的?

我长期以来将负数内化为“相反”,将减法内化为“加法的相反”,所以在我的脑海中,有“加法的相反的相反”的概念,简化后就是“加法”。

但这种内心的表述仍然相当抽象。在思考了一个更好的直觉之后,我的回答如下:

好问题!我不得不思考一下。加法和减法与正数和负数相关,但略有不同。

想象一下走路。你面朝前方,向前走了8步。这实际上是:

0 + 8

0是你的起点。“+”表示“面朝前”,“8”表示“朝你面对的方向走8步”。好的。

现在,假设我们想继续面朝前,再走6步。那就是:

8 + 6 = 14

这使我们从起点出发走了14步。如果我们面朝后走了6步呢?

8 - 6 = 2

这意味着我们离起点很近,只有2步远。如果我们面朝后但 向后走 6步?

8 - (-6) = 14

啊!加法/减法告诉我们朝哪个方向,正数/负数告诉我们脚步是向前还是向后(无论我们面朝哪个方向)。

positive and negative number addition

从某种意义上说,加法/减法充当动词(“面朝前”或“面朝后”),而正数/负数充当形容词(“正常步”或“向后步”)。或者也许它是副词,修饰我们走路的方式(向前走,向后走)。你懂的。

对于年龄较大的学生来说,"减去一个负数"可以看作"取消一笔债务"。如果我欠了30美元,有人"减去它",我实际上就赚了30美元。一般来说,如果你移除一个不利条件,你就改善了自己的处境——这是积极的。

这些解释有点抽象,而行走的例子尝试起来更有趣。实际上我自己边思考直觉边走了走。(如果你喜欢冒险,你也许会开始思考侧步走或跳跃会如何表示。)

数学愉快。

附录(Appendix)

在做简单算术时,我们只追踪最终位置,而不考虑方向。面向后走会使我们在向前移动时看着0。但从数学上看,我们的终点是一样的:8 - (-6) = 8 + 6 = 14。

如果我们关心面向的方向,就需要一个更复杂的数学对象(向量)来同时跟踪我们的方向与位置("14,面向前" vs. "14,面向后")。也许我们会使用线积分(Line Integral),沿着路径移动,并记录行进过程中面向的方向。

一个恰当的类比引出了关于其他可能性的问题。

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