- Целые числа
-
Множество целых чисел
определяется как замыкание множества натуральных чисел
относительно арифметических операций сложения (+) и вычитания (-). Таким образом, сумма, разность и произведение двух целых чисел есть снова целые числа. Оно состоит из положительных натуральных чисел (1, 2, 3), чисел вида -n (n
) и числа нуль.
Необходимость рассмотрения целых чисел продиктована невозможностью (в общем случае) вычесть из одного натурального числа другое. Целые числа являются кольцом относительно операций сложения и умножения.
Отрицательные числа ввёл в математический обиход Михаэль Штифель (M. Stiffel), 1487—1567), в книге «Полная арифметика» 1544 года, и Никола Шюке (N. Chuquet, 1445—1500) — его работа была обнаружена в 1848 году.
Содержание
Алгебраические свойства
не замкнуто относительно деления двух целых чисел (например, 1/2). Следующая таблица иллюстрирует несколько основных свойств сложения и умножения для любых целых a, b и c.
сложение умножение замкнутость: a + b — целое a × b — целое ассоциативность: a + (b + c) = (a + b) + c a × (b × c) = (a × b) × c коммутативность: a + b = b + a a × b = b × a существование нейтрального элемента: a + 0 = a a × 1 = a существование противоположного элемента: a + (−a) = 0 a × 1/a = 1 дистрибутивность умножения относительно сложения: a × (b + c) = (a × b) + (a × c) На языке абстрактной алгебры первые пять вышеперечисленных свойств сложения говорят о том, что
является абелевой группой относительно бинарной операции сложения, и, следовательно, также циклической группой, так как каждый ненулевой элемент
может быть записан в виде конечной суммы 1 + 1 + … 1 или (−1) + (−1) + … + (−1). Фактически,
является единственной бесконечной циклической группой по сложению в силу того, что любая бесконечная циклическая группа изоморфна группе
.
Первые четыре свойства умножения говорят о том, что
— коммутативный моноид по умножению. Однако стоит заметить, что не каждое целое имеет противоположное по умножению, например, нет такого x из
, что 2x = 1, так как левая часть уравнения четна, а правая нечетна. Из этого следует, что
не является группой по умножению, а также не является полем. Наименьшее поле, содержащее целые числа, — множество рациональных цисел (
).
Совокупность всех свойств таблицы означает, что
является коммутативным кольцом с единицей относительно сложения и умножения.
Обычное деление не определено на множестве целых чисел, но определено так называемое деление с остатком: для любых целых a и b,
, существует единственный набор целых чисел q и r, что a = bq + r и
, где |b| — абсолютная величина (модуль) числа b. Здесь a — делимое, b — делитель, q — частное, r — остаток. На этой операции основан алгоритм Евклида нахождения наибольшего общего делителя двух целых чисел.
Теоретико-множественные свойства
— линейно упорядоченное множество без верхней и нижней границ. Порядок в нём задается соотношениями:
- … < −2 < −1 < 0 < 1 < 2 < …
Целое число называется положительным, если оно больше нуля, отрицательным, если меньше нуля. Нуль не является положительным или отрицательным.
Для целых чисел справедливы следующие соотношения:
- если a < b и c < d, тогда a + c < b + d.
- если a < b и 0 < c, тогда ac < bc. (Отсюда легко показать, что если c < 0, то ac > bc.)
Целые числа в вычислительной технике
Тип целое число — зачастую один из основных типов данных в языках программирования. Тем не менее эти «целые числа» — лишь имитация класса
в математике, так как это множество бесконечно и всегда найдётся целое число, которое данный компьютер не сможет хранить в своей памяти. Целые типы данных обычно реализуются как фиксированный набор битов, но любые представления в конце концов приведут к тому, что свободное место на носителе (жёстком диске) закончится. С другой стороны, теоретические модели цифровых компьютеров имеют потенциально бесконечное (но счётное) пространство.
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.