Целые числа: общее представление. Общее представление о целых числах 1 натуральные и целые числа

Что значит целое число

Итак, рассмотрим, какие числа называют целыми.

Таким образом, целыми будут обозначаться такие числа: $0$, $±1$, $±2$, $±3$, $±4$ и т.д.

Множество натуральных чисел есть подмножеством множества целых чисел, т.е. любое натуральное будет являться целым числом, но не любое целое является натуральным числом.

Целые положительные и целые отрицательные числа

Определение 2

плюс .

Числа $3, 78, 569, 10450$ – целые положительные числа.

Определение 3

являются целые числа со знаком минус .

Числа $−3, −78, −569, -10450$ – целые отрицательные числа.

Замечание 1

Число ноль не относится ни к целым положительным, ни к целым отрицательным числам.

Целыми положительными числами являются целые числа, большие нуля.

Целыми отрицательными числами являются целые числа, меньшие нуля.

Множество натуральных целых чисел являет собой множество всех целых положительных чисел, а множество всех противоположных натуральным числам являет собой множество всех целых отрицательных чисел.

Целые неположительные и целые неотрицательные числа

Все целые положительные числа и число нуль называются целыми неотрицательными числами .

Целыми неположительными числами являются все целые отрицательные числа и число $0$.

Замечание 2

Таким образом, целым неотрицательным числом являются целые числа, большие нуля или равные нулю, а целым неположительным числом – целые числа, меньшие нуля или равные нулю.

Например, целые неположительные числа: $−32, −123, 0, −5$, а целые неотрицательные числа: $54, 123, 0, 856 342.$

Описание изменения величин при помощи целых чисел

Целые числа применяются для описания изменения числа каких-либо предметов.

Рассмотрим примеры.

Пример 1

Пусть в магазине продается какое-то число наименований товара. Когда в магазин поступит $520$ наименований товаров, то число наименований товара в магазине увеличится, а число $520$ показывает изменение числа в положительную сторону. Когда в магазине продастся $50$ наименований товара, то число наименований товара в магазине уменьшится, а число $50$ будет выражать изменение числа в отрицательную сторону. Если в магазин не будут ни привозить, ни продавать товар, то число товара будет оставаться неизменным (т.е. можно говорить о нулевом изменении числа).

В приведенном примере изменение числа товара описывается с помощью целых чисел $520$, $−50$ и $0$ соответственно. Положительное значение целого числа $520$ указывает на изменение числа в положительную сторону. Отрицательное значение целого числа $−50$ указывает на изменение числа в отрицательную сторону. Целое число $0$ указывает на неизменность числа.

Целые числа удобно использовать, т.к. не нужно явное указание на увеличение числа или уменьшение, – знак целого числа указывает на направление изменения, а значение – на количественное изменение.

С помощью целых чисел можно выразить не только изменение количества, но и изменение любой величины.

Рассмотрим пример изменения стоимости товара.

Пример 2

Повышение стоимости, например, на $20$ рублей выражается с помощью положительного целого числа $20$. Понижение стоимости, например, на $5$ рублей описывается с помощью отрицательного целого числа $−5$. Если изменений стоимости нет, то такое изменение определяется с помощью целого числа $0$.

Отдельно рассмотрим значение отрицательных целых чисел как размера долга.

Пример 3

Например, у какого-либо человека есть $5 000$ рублей. Тогда с помощью целого положительного числа $5 000$ можно показать количество рублей, которые у него есть. Человек должен оплатить квартплату в размере $7 000$ рублей, но у него таких денег нет, в таком случае подобная ситуация описывается отрицательным целым числом $−7 000$. В таком случае человек имеет $−7 000$ рублей, где «–» указывает на долг, а число $7 000$ показывает количество долга.

К целым числам относятся натуральные числа, ноль, а также числа, противоположные натуральным.

Натуральные числа — это положительные целые числа.

К примеру: 1, 3, 7, 19, 23 и т.д. Такие числа мы используем для подсчета (на столе лежит 5 яблок, у машины 4 колеса и др.)

Латинской буквой \mathbb{N} — обозначается множество натуральных чисел .

К натуральным числам нельзя отнести отрицательные (у стула не может быть отрицательное количество ножек) и дробные числа (Иван не мог продать 3,5 велосипеда).

Числами, противоположными натуральным, являются отрицательные целые числа: −8, −148, −981, … .

Арифметические действия с целыми числами

Что можно делать с целыми числами? Их можно перемножать, складывать и вычитать друг из друга. Разберем каждую операцию на конкретном примере.

Сложение целых чисел

Два целых числа с одинаковыми знаками складываются следующим образом: производится сложение модулей этих чисел и перед полученной суммой ставится итоговый знак:

(+11) + (+9) = +20

Вычитание целых чисел

Два целых числа с разными знаками складываются следующим образом: из модуля большего числа вычитается модуль меньшего и перед полученным ответом ставят знак большего по модулю числа:

(-7) + (+8) = +1

Умножение целых чисел

Чтобы умножить одно целое число на другое нужно выполнить перемножение модулей этих чисел и поставить перед полученным ответом знак «+ », если исходные числа были с одинаковыми знаками, и знак «− », если исходные числа были с разными знаками:

(-5) \cdot (+3) = -15

(-3) \cdot (-4) = +12

Следует запомнить следующее правило перемножения целых чисел :

+ \cdot + = +

+ \cdot - = -

- \cdot + = -

- \cdot - = +

Существует правило перемножения нескольких целых чисел. Запомним его:

Знак произведения будет «+ », если количество множителей с отрицательным знаком четное и «− », если количество множителей с отрицательным знаком нечетное.

(-5) \cdot (-4) \cdot (+1) \cdot (+6) \cdot (+1) = +120

Деление целых чисел

Деление двух целых чисел производится следующим образом: модуль одного числа делят на модуль другого и если знаки чисел одинаковые, то перед полученным частным ставят знак «+ », а если знаки исходных чисел разные, то ставится знак «− ».

(-25) : (+5) = -5

Свойства сложения и умножения целых чисел

Разберем основные свойства сложения и умножения для любых целых чисел a , b и c :

1. a + b = b + a - переместительное свойство сложения;
2. (a + b) + c = a + (b + c) - сочетательное свойство сложения;
3. a \cdot b = b \cdot a - переместительное свойство умножения;
4. (a \cdot c) \cdot b = a \cdot (b \cdot c) - сочетательное свойства умножения;
5. a \cdot (b \cdot c) = a \cdot b + a \cdot c - распределительное свойство умножения.

Целые числа - это натуральные числа , а также противоположные им числа и нуль.

Целые числа — расширение множества натуральных чисел N , которое получается путем добавления к N 0 и отрицательных чисел типа − n . Множество целых чисел обозначают Z .

Сумма , разность и произведение целых чисел дают снова целые числа, т.е. целые числа составляют кольцо относительно операций сложения и умножения.

Целые числа на числовой оси:

Сколько целых чисел? Какое количество целых чисел? Самого большого и самого маленького целого числа нет. Этот ряд бесконечен. Наибольшее и наименьшее целое число не существует.

Натуральные числа еще называются положительными целыми числами , т.е. фраза «натуральное число» и «положительное целое число» это одно и то же.

Ни обыкновенные, ни десятичные дроби не являются целыми числами. Но существуют дроби с целыми числами.

Примеры целых чисел: -8, 111, 0, 1285642, -20051 и так далее.

Говоря простым языком, целые числа - это (∞... -4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4...+ ∞) - последовательность целых чисел. То есть те, у которых дробная часть ({}) равна нулю. Они не имеют долей.

Натуральные числа - это целые, положительные числа. Целые числа, примеры : (1,2,3,4...+ ∞).

Операции над целыми числами.

1. Сумма целых чисел.

Для сложения двух целых чисел с одинаковыми знаками, необходимо сложить модули этих чисел и перед суммой поставить итоговый знак.

Пример:

(+2) + (+5) = +7.

2. Вычитание целых чисел.

Для сложения двух целых чисел с разными знаками, необходимо из модуля числа, которое больше вычесть модуль числа, которое меньше и перед ответом поставить знак большего числа по модулю.

Пример:

(-2) + (+5) = +3.

3. Умножение целых чисел.

Для умножения двух целых чисел, необходимо перемножить модули этих чисел и перед произведением поставить знак плюс (+), если исходные числа были одного знака, и минус (-) - если разного.

Пример:

(+2) ∙ (-3) = -6.

Когда умножаются несколько чисел, знак произведения будет положительным, если число неположительных сомножителей чётное, и отрицателен, если нечётное.

Пример:

(-2) ∙ (+3) ∙ (-5) ∙ (-3) ∙ (+4) = -360 (3 неположительных сомножителя).

4. Деление целых чисел.

Для деления целых чисел, необходимо поделить модуль одного на модуль другого и поставить перед результатом знак «+», если знаки чисел одинаковые, и минус, - если разные.

Пример:

(-12) : (+6) = -2.

Свойства целых чисел.

Z не замкнуто относительно деления 2-х целых чисел (например, 1/2 ). Ниже приведенная таблица показывает некоторые основные свойства сложения и умножения для любых целых a, b и c .

Из таблицы можно сделать вывод, что Z - это коммутативное кольцо с единицей относительно сложения и умножения.

Стандартное деление не существует на множестве целых чисел, но есть т.н деление с остатком : для всяких целых a и b , b≠0 , есть один набор целых чисел q и r , что a = bq + r и 0≤r<|b| , где |b| — абсолютная величина (модуль) числа b . Здесь a — делимое, b — делитель, q — частное, r — остаток.

Для того чтобы эффективно выполнять любую работу, нужны инструменты, чтобы копать, нужна лопата или экскаватор; чтобы думать, нужны слова. Числа - это инструменты, позволяющие работать с количествами.

Кажется, что все мы знаем, что такое число: 1, 2, 3… Но давайте поговорим о числах, как об инструментах.

Возьмем три предмета: яблоко, воздушный шар, Землю (Рис. 1). Что у них общего? Форма - это все шары.

Рис. 1. Иллюстрация к примеру

Возьмем три других предмета (Рис. 2). Что у них общего? Цвет - все они синие.

Рис. 2. Иллюстрация к примеру

Возьмем теперь три множества: три автомобиля, три яблока, три карандаша (Рис. 3). Что у них общего? Количество - их по три.

Рис. 3. Иллюстрация к примеру

Мы можем на каждую машину положить по яблоку, а в каждое яблоко воткнуть по карандашу (Рис. 4). Общее свойство этих множеств - количество элементов.

Рис. 4. Сравнение множеств

Однако для решения задач мало натуральных чисел, поэтому ввели еще и отрицательные, рациональные, иррациональные и др. Математика (особенно та её часть, которая изучается в школе) - это своеобразный механизм по переработке знаков.

Возьмем, например, две кучи палочек, в одной семнадцать штук, а в другой - двадцать пять (Рис. 5). Как узнать, сколько всего палочек в обеих кучах?

Рис. 5. Иллюстрация к примеру

Если нет никакого механизма, то непонятно: можно только сложить палочки в одну кучу и пересчитать.

А вот если количества палочек записать в привычной нам десятичной системе ( и ), то можно использовать механизмы для сложения. Например, мы умеем складывать числа в столбик (Рис. 6): .

Рис. 6. Сложение в столбик

Также мы не сможем сложить числа, записанные так: триста семьдесят четыре плюс четыреста восемьдесят пять. А вот если записать числа в десятичной системе, то для сложения есть алгоритм - сложение в столбик (Рис. 7): .

Рис. 7. Сложение в столбик

Если есть автомобиль, то стоит построить гладкую дорогу, вместе они эффективны. Аналогично: если есть самолет, то нужен аэродром. То есть сам механизм и окружающая инфраструктура связаны - по отдельности они гораздо менее эффективны.

В данном случае есть инструмент - числа, записываемые в позиционной системе, и для них придумана инфраструктура: алгоритмы для выполнения различных действий, например, сложения в столбик.

Числа, записанные в десятичной позиционной системе, вытеснили другие (римские и др.) именно потому, что для работы с ними придумали эффективные и простые алгоритмы.

Рассмотрим подробнее десятичную позиционную систему. Есть две основные идеи, которые лежат в её основе (благодаря которым она и получила своё название).

1. Десятичность : мы считаем группами, а именно десятками.

2. Позиционность : вклад цифры в число зависит от ее позиции. Например, , : числа разные, хотя состоят из одинаковых цифр.

Эти две идеи помогли создать удобную систему, в ней легко выполнять действия и записывать числа, так как у нас есть ограниченный набор символов (в данном случае цифр) для записи бесконечного количества чисел.

Подчеркнем важность технологии на таком примере. Предположим, что нужно перенести тяжелый груз. Если использовать ручной труд, то все будет зависеть от того, насколько сильный человек несёт груз: один справится, другой - нет.

Изобретение технологии (например, автомобиля, в котором можно перевезти этот груз) выравнивает возможности людей: за рулём может сидеть хрупкая девушка или тяжелоатлет, но оба они смогут одинаково эффективно справиться с задачей перемещения груза. То есть технологии можно научить любого, а не только специалиста.

Сложение и умножение в столбик - тоже технология. Работа с числами, записанными в римской системе счисления, - сложная задача, это умели делать только специально обученные люди. Складывать и умножать числа в десятичной системе умеет любой четвероклассник.

Как мы уже говорили, люди изобрели разные числа, и все они нужны. Следующим (после натуральных) важным изобретением являются отрицательные числа. С помощью отрицательных чисел считать стало проще. Как так получилось?

Если мы из большего отнимаем меньшее, то потребности в отрицательных числах нет: понятно, что в большем числе содержится меньшее. Но оказалось, что стоит ввести отрицательные числа как отдельный объект. Его нельзя увидеть, потрогать, но он полезен.

Рассмотрим такой пример: Можно делать вычисления в другом порядке: , тогда не возникает никакой проблемы, нам достаточно натуральных чисел.

Но иногда бывает необходимость выполнять действия последовательно. Если у нас на счету заканчиваются деньги, то нам дают кредит. Пусть у нас было рублей, а мы потратили на разговоры. На счете не хватает рублей, это удобно записать с помощью знака минус, так как если мы их вернем, то на счету будет : . Эта идея лежит в основе изобретения такого инструмента, как отрицательные числа.

В жизни мы часто работаем с понятиями, которые нельзя потрогать: радость, дружба и т.д. Но это не мешает нам их понимать и анализировать. Можно сказать, что это просто придуманные вещи. Действительно так и есть, но они помогают людям что-то делать. Так же автомобиль придуман человеком, но он помогает нам перемещаться. Числа тоже придуманы человеком, но они помогают решать задачи.

Возьмем такой объект, как часы (Рис. 8). Если оттуда вытащить деталь, то не ясно, что это и зачем нужно. Без часов эта деталь не существует. Так и отрицательное число существует внутри математики.

Рис. 8. Часы

Часто учителя стараются указать, что такое отрицательное число. Приводят в пример отрицательную температуру (Рис. 9).

Рис. 9. Отрицательная температура

Но это лишь название, обозначение, а не само число. Можно было ввести другую шкалу, где такая же температура будет, например, положительной. В частности, отрицательные температуры по шкале Цельсия в шкале Кельвина выражаются положительными числами: .

То есть отрицательного количества в природе не существует. Однако числа используют не только для выражения количества. Вспомним основные функции числа.

Итак, мы поговорили про натуральные и целые числа. Число - это удобный инструмент, который можно использовать для решения различных задач. Конечно, для тех кто работает внутри математики, числа являются объектами. Как для тех кто делает плоскогубцы, они также являются объектами, а не инструментами. Мы же будем рассматривать числа как инструмент, который позволяет нам думать и работать с количествами.