就人類整體而言,思想是不斷進(jìn)步的,后人的認(rèn)識(shí)通常會(huì)超越前人,我們對(duì)零的認(rèn)識(shí)也是如此。20 世紀(jì) 70 年代或 80 年代開始讀書的朋友必定都記得,當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)課講自然數(shù),都從 1 開始,1 是最小的自然數(shù)?,F(xiàn)在的孩子上小學(xué),數(shù)學(xué)老師卻會(huì)告訴他們,最小的自然數(shù)是0。短短幾十年,從“零不是自然數(shù)”到“零是最小的自然數(shù)”,人們的認(rèn)識(shí)又有了一個(gè)飛躍。
零是數(shù)字,零是整數(shù),我們受過(guò)基礎(chǔ)教育,覺(jué)得這些認(rèn)識(shí)都很自然。零居然是自然數(shù),這個(gè)認(rèn)識(shí)就顯得不那么自然。我們平常數(shù)數(shù),數(shù)某種事物有多少,不都是從1 開始嗎?沒(méi)見(jiàn)過(guò)從0 開始數(shù)的。如果哪位指著一堆蘋果開始數(shù):“0、1、2、3、4……”大概會(huì)有人覺(jué)得他不正常。
1889 年,意大利數(shù)學(xué)家朱塞佩·皮亞諾(Giuseppe Peano,1858 年—1932 年) 提出五條公理,可用文字描述如下:
公理 1:1 是自然數(shù);
公理 2:每個(gè)確定的自然數(shù) a,后面都有一個(gè)確定的相鄰數(shù) a′,a′也是自然數(shù);
公理 3:1 不是任何自然數(shù)后面的相鄰數(shù);
公理 4:不同自然數(shù)擁有不同的相鄰數(shù);
公理 5:任意關(guān)于自然數(shù)的命題,如果能證明該命題對(duì) 1 為真,并且它對(duì)自然數(shù) a 為真時(shí)可證明它對(duì) a′也為真,那么這個(gè)命題就對(duì)所有自然數(shù)為真。
這五條公理稱為“皮亞諾公理”,其中第一條、第三條和第五條公理,都不假思索地認(rèn)定 1 是最小的自然數(shù)。將皮亞諾公理運(yùn)用于當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)體系,嚴(yán)絲合縫,堪稱數(shù)學(xué)大廈的一塊基石。
皮亞諾為數(shù)學(xué)大廈提供基石的同時(shí),別的數(shù)學(xué)家也在為數(shù)學(xué)大廈添磚加瓦。19 世紀(jì)末,就在皮亞諾提出五條公理不久以后,數(shù)學(xué)的一大分支“群論”發(fā)展到關(guān)鍵時(shí)期,一些數(shù)學(xué)家用群論這把利器重新解剖整數(shù)和自然數(shù),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常危險(xiǎn)的破綻:如果不把零放進(jìn)自然數(shù)群,整數(shù)群就會(huì)變得不完整。所以,為了能讓數(shù)學(xué)體系互不矛盾、自成邏輯,為了保證整個(gè)數(shù)學(xué)大廈固若金湯、堅(jiān)不可摧, 這些數(shù)學(xué)家就讓零加入自然數(shù)家族,成為最小的自然數(shù)。
進(jìn)入 20 世紀(jì),有的數(shù)學(xué)教材把零當(dāng)成自然數(shù),有的數(shù)學(xué)教材堅(jiān)持零不是自然數(shù),時(shí)間越往后,認(rèn)可零是自然數(shù)的教材就越多。在歐美數(shù)學(xué)界,主流意見(jiàn)都認(rèn)為零是自然數(shù)。所以在 1993 年,中國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局修訂“量和單位”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定零是自然數(shù)。于是乎,我們的數(shù)學(xué)教材隨之修改。于是乎,00 后新生代在零的認(rèn)識(shí)上與國(guó)際接軌,70 后與 80 后家長(zhǎng)被甩在后面。于是乎,爸爸媽媽們輔導(dǎo)小朋友數(shù)學(xué)作業(yè)時(shí),會(huì)有這樣的對(duì)話:
“寶貝,最小的自然數(shù)是 1,你這道題寫錯(cuò)了?!?/p>
“沒(méi)有錯(cuò),老師今天剛講過(guò),零也是自然數(shù)!”
家長(zhǎng)不信,一查教材,果然!大惑不解:“咦,是不是印錯(cuò)了?”而看過(guò)本書的爸爸媽媽就不會(huì)有這樣的困惑。
在本章最后,讓我們?cè)贉亓?xí)幾點(diǎn)關(guān)于零的知識(shí)。
- 最小的自然數(shù)是0 不是1;
- 最小的個(gè)位數(shù)是1 不是0;
- 0 不是正數(shù),也不是負(fù)數(shù),它是唯一的中性數(shù);
- 0 是偶數(shù);
- 0 不是質(zhì)數(shù),也不是合數(shù);
- 任何數(shù)加減0,值不變;
- 任何數(shù)與0 相乘,積為0;
- 任何不是0 的數(shù)的0 次方都是1;
- 0 不能作除數(shù),任何數(shù)除以0,都沒(méi)有數(shù)學(xué)意義;
- 0 是十進(jìn)制位值數(shù)中唯一的占位符,表示該數(shù)位為空;
- 0 可以表示起點(diǎn),例如直尺的起點(diǎn)刻度線都是0;
- 0 可以用于編號(hào),例如001、002……
- 0 可以表示界限,例如0 度以上、0 度以下……