“负负得正”这四个字很好背,难的是说清楚:第二个负号到底干了什么?
把 理解成“两份负三相加”,还挺自然。到了 ,就卡在“负两份”上了。两份东西可以摆在桌上,负两份怎么摆?
这暴露了“乘法就是几个几相加”的适用范围:它很好地解释了乘以正整数,但要解释乘以负数,得把反方向的变化也放进来。用一段小车视频,可以看见这一步。
在纸上画一条路,中间标 0,右边是 1、2、3,左边是 −1、−2、−3。让玩具车匀速往左开,每秒走 3 格。在车经过 0 时暂停视频,把这个时刻叫作“现在”。
继续播放 2 秒,小车会到左边第 6 格,也就是 −6:
这里 −3 表示每秒向左走 3 格,2 表示从现在往后过 2 秒,结果是相对于现在向左走了 6 格。
把视频拖回车经过 0 的那一刻,再倒回去看 2 秒前,小车却在右边第 6 格。
因为它原来一直往左开,要找它过去待过的地方,就得沿着这段路往右找。2 秒前,它还没开到 0,在 +6;1 秒前,在 +3;到了现在,才在 0。
把“相对于现在,往过去找 2 秒”记作 −2 秒,就得到 两个负号在这段视频里各有一份工作:−3 说的是原来每秒向左走 3 格,−2 说的是从现在往过去找 2 秒。 找到的位置在右边,所以结果是正数。 这里的负时间,就是以现在为 0 记下来的时间差。−2 秒和“2 秒前”是一回事。我们回看的始终是同一段向左匀速行驶的视频,小车并没有掉头重新开。 这样再看第二个负号,它让我们沿原来变化的反方向回溯。原来向左,反向回溯就向右。“负负得正”在这段视频里对应着一个可以逐帧检查的过程。 但一个例子还留下了疑问:小车这样算很合理,为什么所有负数相乘都要这样算?能不能给负数另外规定一套乘法? 要回答这一点,只需要检查一条熟悉的规则:乘一个和,等于分别相乘再相加。这就是分配律。 既然 ,就必须有 按原来的分配律拆开: 第一项已经是 −6,第二项就必须是 +6,才能把它抵消。若把负负相乘算成 −6,左边就变成了 −12,同一个式子拆开算和合起来算会得到不同答案。 保留原来的分配律,就不能随便挑选负负相乘的结果。 把 3 和 2 换成任意正数 ,同样有 前一项是 ,后一项必须把它抵消,所以 小车视频让反向变化看得见,分配律则保证这套算法换了数字也成立。回到最开始的“负两份”:我们不必真的摆出负两份东西,只要算完它,再加上原来的两份,结果能回到零。原来的两份是 −6,抵消它的就是 +6。
