分类:自然数

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定义和含义

一开始,自然数,指的是,你很自然就能知道的数,1,2,3,4,5,6.......后面认识了0(零),我们把0也归到自然数中。

在有了加法的基础上,自然数,指的是从0(零)开始,每次加上1(一),以此类推,得到的所有的数[1]。 也就是0,1,2,3,4,5,6……一直这样加下去的所有的数。就像图中再放一个苹果。

再放一个苹果

(图片来源于《小学数学这样学》[1])

通常来说,我们在刚开始接触数学时,所说的“数”一般都是指自然数。

层次标注

在这里,它属于第二层知识,即学科概念。

辅助理解的解释

自然数的基础含义

自然数,就是我们“很自然”就能够知道这个数的含义(因为它的朴素定义的模式,就是每次加上1的,不断重复加1这个过程,一直重复下去得到的所有数)。一般来说,如果我们要细分,那么自然数在我们刚开始学习时,一般是用作于序数基数

我们从算筹中抽象出来的数的概念,就是指的是自然数。

未来,你可能会学到用集合来定义的自然数,但是在这部分内容,你只需要清楚一个事情就行,就是自然数的本源是集合。

另外,就是不要孤立的去看待数,其实你应该用整体的眼光和视角(或者说是集合的思想)去看数,也就是数集(数的集合)。这样一来,你会发现数之间存在在规律,而加减乘除这些运算(四则运算)就只是从一个数跳到了另一个数上,如果你发现一个自然数经过运算后跳不到其他自然数上了,那么这时候,我们就需要来扩充数的集合了。如果你现在还不能理解这些话,没关系,等到随着后面的学习,随时回来看看这句话,你会对数有深刻的理解。顺便,自然数就是整数和零的集合。

还有,从自然数的含义出发,你发现在任何自然数的基础上加上1以后都会得到一个新的自然数,所以自然数是无穷无尽的。

自然数的表示不依赖于记号

回答上面图中的放苹果的例子。已有5个苹果,再放一个苹果呢?那么,既然可以问多少个,到底是多少个呢?没准你已经知道5后面的数是六,甚至都会写6这个数字记号了。但是,这一堆苹果合起来的数量的含义,不依赖于我们管这个数字叫作“六”、“6”还是“陆”、“six”。这些只是这一堆苹果的数量的不同名称和记号。它们表示的含义是明确的相同的:就是比5还要多一个的那个数[1]

数字0到9

(图片来源于《小学数学这样学》[1])

因此,数本身的概念不依赖于数字的阿拉伯记号,你也不需要专门学习数学来明白这些数字的含义,只要会思考,就能明白。同样的道理,在现在的这堆苹果的基础上,如果我们继续加入一个苹果,这时候苹果的数量是多少还应该是一个可以问的问题,而回答这个问题就需要用到比5多1再多1,也就是多2的那个数的含义。当然,我们知道了这个数被称作“七”、“7”、“柒”、“seven”,数字记号是7。类似地,我们就可以在前一个数的概念的基础上,通过增加1来建立更大的数的概念。再后面的数是八和九,数字记号是8,9。合起来,我们就有了[math]\displaystyle{ 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 }[/math],像右边的图中所示的数字[1]

注意数字得符号不是关键,其含义才是关键。当然,为了以后你跟别人交流方便,这个数字得阿拉伯记号也最好能记住[1]

集合定义的自然数

这部分你如果可以看懂那就最好,看不懂也没关系,它是用来帮助你补充回答自然数和数数的来源是集合的。

这部分内容摘自《小学数学这样学》[1]

通过集合的公理化定义, 我们可以定义空集 [math]\displaystyle{ \varnothing }[/math] ,也就是不包含任何一个元素的集合。具体如何用集合的公理化定义来定义空集我们也暂时不管。我们先掌握整个思路, 掌握整体逻辑。

有了空集之后, 我们来定义一个包含一个元素的集合 [math]\displaystyle{ \{\varnothing\} }[/math] 。有了空集和包含一个元素的集合之后,我们来定义包含两个元素的集合 [math]\displaystyle{ \{\varnothing,\{\varnothing\}\} }[/math] 。接着, 定义包含三个元素的集合 [math]\displaystyle{ \{\varnothing,\{\varnothing\},\{\varnothing,\{\varnothing\}\}\} }[/math] , 以此类推。

有了这些集合之后,我们来定义自然数:上面定义的集合的大小,也就是这些集合的元素的个数, 被定义为相应的自然数, [math]\displaystyle{ |\varnothing| \triangleq 0 }[/math],[math]\displaystyle{ |\{\varnothing\}| \triangleq 1 }[/math] , [math]\displaystyle{ |\{\varnothing,\{\varnothing\}\}| \triangleq 2 }[/math],[math]\displaystyle{ |\{\varnothing,\{\varnothing\},\{\varnothing,\{\varnothing\}\}\}| \triangleq 3 }[/math] , 以此类推。其中,集合外面加一对竖线的记号 [math]\displaystyle{ |A| }[/math] 就表示这个集合 [math]\displaystyle{ A }[/math] 的元素的个数。

这样,我们就通过集合来定义了自然数。

从自然数到其他数学概念

下面这段话:你可以在任何时候回来仔细看看和想想,有助于你在脑海中构建有联系的概念网络。

有了这部分知识,原则上,我们所学习到的大多数数学概念,都有了严密的逻辑体系:一切都从自然数和数数开始,自然数本身又从集合开始,从自然数到所有整数(包含正负整数和零),从整数分数,从分数小数,从整数小数,从循环小数无限不循环小数,也就是从有理数无理数实数(有理数和无理数合起来);从数数加法,从加法减法,从数数减法,从加法乘法,从减法除法,从乘法除法;从实数数轴,从数轴到几何的线以及几何部分知识的内部的逻辑体系。尽管我们并没有真的把这个严密的体系的细节展示完整,例如跳过了真的从集合的公理化定义来定义空集的过程,但是,对于这个整体逻辑,我们应该能够做到心里有数了。尤其在几何部分,我们尽量使得每一个命题都是在公理和定义的基础上证明出来的[1]

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 吴金闪,《小数数学这样学》,浙江人民出版社,2023, http://www.systemsci.org/jinshanw/books

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