中国是世界上首先使用负数的国家。战国时期李锂(约前455—前395)所著的《法经》中已出现使用负数的实例:”衣五人终岁用千五百不足四百五十。”在甘肃居延出土的汉简中,出现了大量的”负算”,如”相除以负百二十四算”“负二千二百四十五算”“负四算,得七算,相除得三算”。以负与得相比较,表示缺少、亏空之意,显然来自生活实践的需要。
从历史上看,负数产生的另一个原因是产线数学内部,由于解方程的需要。据世界上第一部关于负数完整介绍的古算书《九章算术》记载,由于在解方程组的时候常常会碰到小数减大数的情况,为了使方程组能解,数学家发明了负数。公元前3世纪,刘徽在注解《九章算术》时率先给出了负数的定义:
“今两算得失相反,要令正负以名之”,并辩证地阐明:“言负者未必负于少,言正者未必正于多。”
而西方直到1572年,意大利数学家邦贝利(1526—1572)在他的《代数学》中才给出了负数的明确定义。
意大利数学家邦贝利(1526—1572)
算筹表示算式
由于我国古代数字是用算筹摆出来的,为了区分正数和负数,古代数学家创造了两种方法:一种是用不同颜色的算筹分别表示,通常用红筹表示正数,黑筹表示负数;另一种是采取在正数上面斜放一支筹,来表示负数。因为后者的思想较新,很快发展为在数的最前面一位数码上斜放一小横来表示负数。1629年颇具远见的法国数学家吉拉尔(1595—1632)在《代数新发现》中用减号表示负数和减法运算,吉拉尔的负数符号得到人们的公认,一直沿用至今。
印度最早使用负数的是婆罗摩笈多(598-665),他在628年完成的《婆罗摩修正体系》中给出了正数、负数的四则运算法则,认为负数就是负债和损失,并用小点或小圈标在数字上面表示负数。
婆罗摩笈多(598-665)
西方首先使用负数的是古希腊的丢番图,尽管不承认方程的负根,但他已知道“减数乘减数得加数,加数乘减数得减数”。可见对正数、负数的四则运算他已了如指掌。在解方程中若出现负根,他就放弃这个方程,认为是不可解的。1484年,法国的舒开在《算术三篇》中曾给出二次方程的一个负根,却又不承认它,说它是荒谬的数;意大利学者卡丹在《大术》中承认负根,但认为负数是“假数”。直到1637年笛卡儿(1596—1650)在《几何》中认真考虑了方程正负根出现的规律,未加证明地给出了正负号法则,此后才被采用,但依旧议论纷纷。如法国数学家阿纳德(1612—1694)认为:若承认(-1)∶1=1∶(-1),而-1<1,那么较小数与较大数的比,怎能等于较大数与较小数之比呢?直到1831年,英国著名数学家德·摩根(1806—1871)在他的《论数学的研究和困难》中仍坚持认为负数是荒谬的。他举例说:“父亲56岁时,他的儿子29岁,什么时候父亲的岁数将是儿子的2倍?”解方程56 x=2(29 x),得x=-2。他说这个结果是荒谬的。
负数的地位最后是由德国的维尔斯特拉斯和意大利的皮亚诺确立的。1860年,维尔斯特拉斯在柏林大学的一次讲课时,把有理数定义为整数对,即当m,n为整数时,n/m(m≠0)定义为一个有理数,当m,n中有一个为负整数时,就得到一个负有理数。这就把负数的基础确立在整数基础上。40年后,皮亚诺在著名的《算术原理新方法》中又用自然数确立了整数的地位:设a,b为自然数,则数对(a,b)即“a-b”定义一个整数,当a>b时为正整数;a<b时就得到了一个负整数。至此,通过近2000年的努力,历经数十代数学家的前仆后继的工作和努力,负数的地位终于被牢固地确立了,半个多世纪的争论也终于降下了帷幕。