Аксиоматическое построение системы натуральных чисел. Об аксиоматическом способе построения теории. Определение натурального числа Способы построения множества натуральных чисел

В качестве основного понятия при
аксиоматическом построении арифметики
натуральных чисел взято отношение
«непосредственно следовать за», заданное на
непустом множестве N.
Элемент, непосредственно следующий за
элементом а, обозначают а".

Аксиома 1. Во множестве N существует
элемент, непосредственно не следующий ни
за каким элементом этого множества. Будем
называть его единицей.
Аксиома 2. Для каждого элемента а из N
существует единственный элемент а",
непосредственно следующий за а.

Аксиома 3. Для каждого элемента а из N
существует не более одного элемента, за
которым непосредственно следует а.
Аксиома 4. Всякое подмножество М
множества N, обладает свойствами:
1)единица принадлежит множеству М;
2) из того, что а содержится в М, следует,
что и а" содержится в М, то М совпадает со
множеством N.

Определение натурального числа

Множество N, для элементов которого установлено отношение
«непосредственно следовать за», удовлетворяющее аксиомам 1-4,
называется множеством натуральных чисел, а его элементы натуральными числами.

Сложение

Определение. Сложением натуральных чисел называется
алгебраическая операция, обладающим свойствами:
1) (Ɐa ∈ N) a + 1 = a",
2) (Ɐa, b ∈ N) a + b"=(a+b)".
Число a+b называется суммой чисел a и b, а сами числа a и b
слагаемыми.
Условимся о следующих обозначениях:
1" = 2; 2" = 3; 3" = 4; 4" = 5 и т.д.

Свойства сложения

Теорема 3. Сложение натуральных чисел существует и оно
единственно
Теорема 4. (Ɐ a, b, c ∈ N)(а + b) + с = a + (b + c)
Теорема 5. (Ɐ a, b ∈ N) a+b = b+a

Умножение

Умножением натуральных чисел называется алгебраическая
операция, обладающая свойствами:
1)(Ɐ a ∈ N) a·1 =a;
2)(Ɐ a, b ∈ N) a·b" = a·b + a.
Число a·b называется произведением чисел a и b, а сами числа a и
b - множителями

Свойства умножения

Теорема 7. Умножение натуральных чисел существует, и оно
единственно.
Теорема 8. (Ɐ a, b, c ∈ N)(a + b)·c = ac + b·c - дистрибутивность
справа относительно сложения.
Теорема 9. (Ɐ a, b, c ∈ N) а·(b + c) = + a·c - дистрибутивность слева
относительно сложения.
Теорема 10. (Ɐ a, b, c ∈ N) (a·b) ·c = a·(b·с) - ассоциативность
умножения.
Теорема 11. (Ɐ a, b ∈ N) a·b = a·b - коммутативность умножения

Вопросы для самопроверки

1. Можно ли аксиому 3 сформулировать в таком виде: «Для каждого элемента
а из N существует единственный элемент, за которым непосредственно
следует а»?
2. Продолжите определение натурального числа: «Натуральным числом
называется элемент множества ….»
3. Верно ли, что каждое натуральное число получается из предыдущего
прибавлением единицы?
4. Какие свойства умножения могут быть использованы при нахождении
значения выражения:
а) 5·(10 + 4); б) 125·15·6; в) (8·379)·125?

Литература

Стойлова Л. П.
Математика: Учебник для студ. высш. пед. учеб. заведений.
М.: Издательский центр «Академия». 2002. - 424 с.

При аксиоматическом построении какой-либо математической теории соблюдаются определенные правила :

· некоторые понятия теории выбираются в качестве основных и принимаются без определения;

· каждому понятию теории, которое не содержится в списке основных, дается определение;

· формулируются аксиомы - предложения, которые в данной теории принимаются без доказательства; в них раскрываются свойства основных понятий;

· каждое предложение теории, которое не содержится в списке аксиом, должно быть доказано; такие предложения называют теоремами и доказывают их на основе аксиом и терем.

При аксиоматическом построении теории все утверждения выводятся из аксиом путем доказательства.

Поэтому к системе аксиом предъявляются особые требования:

· непротиворечивость (система аксиом называется непротиворечивой, если из нее нельзя логически вывести два взаимно исключающих друг друга предложения);

· независимость (система аксиом называется независимой, если никакая из аксиом этой системы не является следствием других аксиом).

Множество, с заданным в нем отношением называется моделью данной системы аксиом, если в нем выполняются все аксиомы данной системы.

Построить систему аксиом для множества натуральных чисел можно многими способами. За основное понятие можно принять, например, сумму чисел или отношение порядка. В любом случае нужно задать систему аксиом, описывающие свойства основных понятий.

Дадим систему аксиом, приняв основное понятие операцию сложения.

Непустое множество N назовем множеством натуральных чисел, если в нем определена операция (a; b) → a + b , называемая сложением и обладающая свойствами:

1. сложение коммутативно, т.е. a + b = b + a.

2. сложение ассоциативно, т.е. (a + b) + c = a + (b + c).

4. в любом множестве А , являющемся подмножеством множества N , где А есть число а такое, что все хА , равны a + b , где bN.

Аксиом 1 - 4 достаточно, чтобы построить всю арифметику натуральных чисел. Но при таком построении уже нельзя опираться на свойства конечных множеств, не нашедших отражение в этих аксиомах.

Возьмем в качестве основного понятия отношение «непосредственно следовать за…», заданное на непустом множестве N . Тогда натуральным рядом чисел будет являться множество N, в котором определено отношение «непосредственно следовать за», а натуральными числами будут называться все элементы N, причем имеют место следующие аксиомы Пеано :

АКСИОМА 1 .

Во множестве N существует элемент, непосредственно не следующий ни за каким элементом этого множества. Будем называть его единицей, и обозначать символом 1.

АКСИОМА 2.

Для каждого элемента а из N существует единственный элемент а, непосредственно следующий за а.

АКСИОМА 3.

Для каждого элемента а из N существует не более одного элемента, за которым непосредственно следует а.

АКСОИМА 4.

Всякое подмножество М множества N совпадает с N , если обладает свойствами: 1) 1 содержится в М; 2) из того, что а содержится в М, следует, что и а содержится в М.

Множество N, для элементов которого установлено отношение «непосредственно следовать за…», удовлетворяющее аксиомам 1 - 4, называется множеством натуральных чисел , а его элементы - натуральные числами.

Если в качестве множества N выбрать некоторое конкретное множество, на котором задано конкретное отношение «непосредственно следовать за…», удовлетворяющее аксиомам 1 - 4, то получим различные интерпретации (модели) данной системы аксиом.

Стандартной моделью системы аксиом Пеано является возникший в процессе исторического развития общества ряд чисел: 1, 2, 3, 4, 5, …

Моделью аксиом Пеано может быть любое счетное множество.

Например, I, II, III, IIII, …

о оо ооо оооо, …

один два три четыре, …

Рассмотрим последовательность множеств, в которой множество {оо} есть начальный элемент, а каждое последующее множество получается из предыдущего приписыванием еще одного кружка (рис.15).

Тогда N есть множество, состоящее из множеств описанного вида, и оно является моделью системы аксиом Пеано.

Действительно, во множестве N существует элемент {oo}, непосредственно не следующий ни за каким элементом данного множества, т.е. выполняется аксиома 1. Для каждого множества А рассматриваемой совокупности существует единственное множество, которое получается из А добавлением одного кружка, т.е. выполняется аксиома 2. Для каждого множества А существует не более одного множества, из которого образуется множество А добавлением одного кружка, т.е. выполняется аксиома 3. Если М N и известно, что множество А содержится в М, следует, что и множество, в котором на один кружок больше, чем в множестве А , также содержится в М , то М = N , и значит выполняется аксиома 4.

В определении натурального числа ни одну из аксиом опустить нельзя.

Установим, какие из множеств, приведенных на рис. 16, являются моделью аксиом Пеано.

1 а b d a

г) Рис.16

Решение. На рисунке 16 а) изображено множество, в котором выполняются аксиомы 2 и 3. Действительно, для каждого элемента существует единственный, непосредственно следующий за ним, и существует единственный элемент, за которым он следует. Но в этом множестве не выполняется аксиома 1 (аксиома 4 не имеет смысла, т.к. в множестве нет элемента, непосредственно не следующего ни за каким другим). Поэтому данное множество не является моделью аксиом Пеано.

На рисунке 16 б) показано множество, в котором выполнены аксиомы 1, 3 и 4, но за элементом а непосредственно следуют два элемента, а не один, как требуется в аксиоме 2. Поэтому данное множество не является моделью аксиом Пеано.

На рис. 16 в) изображено множество, в котором выполнены аксиомы 1, 2, 4, но элемент с непосредственно следует сразу за двумя элементами. Поэтому данное множество не является моделью аксиом Пеано.

На рис. 16 г) изображено множество, удовлетворяющее аксиомам 2, 3, и, если в качестве начального элемента возьмем число 5, то данное множество будет удовлетворять аксиомам 1 и 4. Т.е., в данном множестве для каждого элемента существует единственный, непосредственно следующий за ним, и существует единственный элемент, за которым он следует. Существует и элемент, непосредственно не следующий ни за каким элементом этого множества, это 5, т.е. выполняется аксиома 1. Соответственно будет выполняться и аксиома 4. Поэтому данное множество является моделью аксиом Пеано.

Используя аксиомы Пеано, можно доказывать ряд утверждений Например,докажем, что для всех натуральных чисел выполняется неравенство х х.

Доказательство. Обозначим через А множество натуральных чисел, для которых а а. Число 1 принадлежит А , поскольку оно не следует ни за каким числом из N , а значит, не следует само за собой: 1 1. Пусть аА, тогда а а. Обозначим а через b . В силу аксиомы 3, а b, т.е. b b и bА.

При аксиоматическом построении какой-либо теории соблюдаются определенные правила:

некоторые понятия теории выбираются в качестве основных, и принимаются без определения и называется неопределяемыми.

формулируются аксиомы – предложения, которые в данной теории принимаются без доказательства; в них раскрывают свойства основных понятий;

каждому понятию теории, которое не содержится в списке основных, дается определение , в нем разъясняется его смысл помощью основных и предшествующих данному понятий;

каждое предложение теории, которое не содержится в списке аксиом, должно быть доказано; такие предложения называются теоремами и доказывают их на основе аксиом и теорем, предшествующих рассматриваемой.

При аксиоматическом построении теории по существу все утверждения выводятся путем доказательства из аксиом. Поэтому к системе аксиом предъявляются особые требования. Прежде всего, она должна быть непротиворечивой и независимой.

Система аксиом называется непротиворечивой, если из нее нельзя логически вывести два взаимно исключающих друг друга предложения.

Непротиворечивая система аксиом называется независимой, если никакая из аксиом этой системы не является следствием других аксиом этой системы.

Аксиомы, как правило, являются отражением многовековой практической деятельности людей, и этим обусловливается их справедливость.

В качестве основного понятия при аксиоматическом построении арифметики натуральных чисел взято отношение «непосредственно следовать за», заданное на непустом множестве N. Известными также считаются понятия множества, элемента множества и другие теоретико-множественные понятия, а также правила логики.

Элемент, непосредственно следующий за элементом а, обозначают а". Суть отношения «непосредственно следовать за» раскрывается в следующих аксиомах, предложенных итальянским математиком Дж. Пеано в 1891 году.

Аксиома 1. В множестве N существует элемент, непосредственно не следующий ни за каким элементом этого множества. Его называют единицей и обозначают символом 1.

Аксиома 2. Для каждого элемента а из N существует единственный элемент а", непосредственно следующий за а.

Аксиома 3. Для каждого элемента а из N существует не более одного элемента, за которым непосредственно следует а.

Аксиома 4. (Аксиома индукции). Всякое подмножество М множества N совпадает с N, если обладает свойствами: 1) 1 содержится в М; 2) из того, что любой элемент а содержится в М, следует, что и а" содержится в М.

Сформулированные аксиомы часто называют аксиомами Пеано, а аксиому четвертую – аксиомой индукции.

Запишем эти аксиомы в символической форме.

А 1 )( 1  N)( a  N) а "  1;

А 2 )( a  N)( !b  N) а "=b

А 3 ) ( а, b ,с  N )с = а" с = b"  а = b;

A 4) M  N  1  M  (a  M  а "  M)   M=N

Используя отношение «непосредственно следовать за» и аксиомы Пеано 1-4, можно дать следующее определение натурального числа.

Определение 1. Множество N. для элементов которого установлено отношение «непосредственно следовать за», удовлетворяющее аксиомам 1-4, называется множеством натуральных чисел, а его элементы натуральными числами.

___________________________________________________________________

Определение 2 . Если натуральное число b непосредственно следует за числом а, то число а называется непосредственно предшествующим (предшествующим) числу b .

______________________________________________________________________________________________

Теорема 1 . Единица не имеет предшествующего натурального числа (истинность теоремы вытекает сразу из аксиомы А 1 ).

Теорема 2. Каждое натуральное число а, отличное от единицы имеет предшествующее число b, такое, что b" = а.

В определении натурального числа ничего не говорит о природе элементов множества N. Значит, она может быть какой угодно. Стандартной моделью системы аксиом Пеано является возникший в процессе исторического развития общества ряд чисел:

1, 2, 3, 4, 5 ,..,

Каждое число этого ряда имеет свое обозначение и название, которые будем считать известными.

Важно заметить, что в определении натурального числа ни одну из аксиом опустить нельзя.

1 a b c d

    …

Рис . 16 Рис. 17

Задача 1.

На рисунках каждый элемент соединен стрелкой со следующим за ним элементом.

Установить, какие из множеств, приведенных на рисунках 15 и 16, являются моделями системы аксиом Пеано.

1. На рис. 16 изображено множество, в котором выполняются аксиомы 2 и 3, но не выполняется аксиома 1.

Аксиома 4 не будет иметь смысла, так как в множестве нет элемента, непосредственно не следующего ни за каким другим.

2. На рис. 17 показано множество, в котором выполнены аксиомы 1, 2, 3, но не выполняется аксиома 4 – множество точек, лежащих на луче, содержит 1, и вместе с каждым числом оно содержит непосредственно следующее за ним число, но оно не совпадает со всем множеством точек, показанных на рисунке. Вывод: ни одно из множеств, изображенных на рис. 16 и 17, нельзя считать моделями системы аксиом Пеано.

Задача 2.

Докажем, что всякое натуральное число отлично от непосредственно следующего за ним натурального числа, т.е. ( х  )х  х"

Доказательство

Пользуемся аксиомой индукции – А 4 .

Пусть М= {х/х  , х  х" }, т.к. х   М  N.

Доказательство состоит из двух частей.

Докажем, что 1  М, т.е. 1  1" . Это следует из А 1 .

Докажем, что х  М => х"  М. Пусть  х  М т.е. х  х". Докажем, что х"  М , т.е. х"  (х")". И з аксиомы А 3 следует х"  (х") ". Действительно, по А 3 , если бы х" = (х")" то и х = х", а т.к. по предложению индукции х  М, то х  х", следовательно, приходим к противоречию. Значит, х"  (х") " ,  х"  М.

Здесь применено правило контрапозиции (ПК), широко применяемое в доказательствах «от противного».

Итак, мы получили:

М  N  (1  М  (x М => х"  М))  M = N, т.е. утверждение х  х" верно для любого натурального числа.

Контрольные вопросы

В чем суть аксиоматического построения теории?

Назовите основные понятия школьного курса планиметрии. Вспомните систему аксиом этого курса. Свойства каких понятий в них описываются?

Сформулируйте и запишите в символической форме аксиомы Пеано. "

Сформулируйте аксиоматическое определение натурального числа.

Продолжите определение натурального числа: «Натуральным числом называется элемент множества N ,... ».

Приведите примеры из учебников математики для начальных классов, в которых:

а) новое (для учащихся) число выступает как продолжение полученного отрезка натурального ряда;

б) устанавливается, что за каждым натуральным числом непосредственно следует только одно другое натуральное число.

Упражнения

285. Элементами множества являются группы черточек {I, II, III, IIII,...}. Удовлетворяет ли это множество аксиомам Пеано? Как определено здесь отношение «непосредственно следовать за». Рассмотрите эти же вопросы для множества {0, 00, 000, 0000,...}.

Рис. 17

286. На рисунке 17 а) каждый элемент соединен стрелкой со следующим за ним элементом. Можно ли считать множество моделью системы аксиом Пеано? Те же вопросы для множеств на рисунках 17 б), в), г).

287. Удовлетворяет ли аксиомам Пеано множество чисел {1, 2, 3 п, ...}, если отношение следования задано в нем так:

1 3  5 7….

2  4  6 8….

288. Приведите примеры заданий из учебников математики для начальных классов, в которых правильность выполнения заданий объясняется аксиомами Пеано.

Аксиоматический метод в математике.

Основные понятия и отношения аксиоматической теории натурального ряда. Определение натурального числа.

Сложение натуральных чисел.

Умножение натуральных чисел.

Свойства множества натуральных чисел

Вычитание и деление натуральных чисел.

Аксиоматический метод в математике

При аксиоматическом построении какой-либо математической теории соблюдаются определенные правила :

1. Некоторые понятия теории выбираются в качестве основных и принимаются без определения.

2. Формулируются аксиомы , которые в данной теории принимаются без доказательства, в них раскрываются свойства основных понятий.

3. Каждому понятию теории, которое не содержится в списке основных, даётся определение , в нём разъясняется его смысл с помощью основных и предшествующих данному понятию.

4. Каждое предложение теории, которое не содержится в списке аксиом, должно быть доказано. Такие предложения называют теоремами и доказывают их на основе аксиом и теорем, предшествующих рассматриваемой.

Система аксиом должна быть:

а) непротиворечивой: мы должны быть уверены,что, делая всевозможные выводы из данной системы аксиом, никогда не придем к противоречию;

б) независимой : никакая аксиома не должна быть следствием других аксиом этой системы.

в) полной , если в ее рамках всегда можно доказать или данное утверждение, или его отрицание.

Первым опытом аксиоматического построения теории можно считать изложение геометрии Евклидом в его "Началах"(3 в. до н.э.). Значительный вклад в развитие аксиоматического метода построения геометрии и алгебры внесли Н.И. Лобачевский и Э.Галуа. В конце 19 в. итальянским математиком Пеано была разработана система аксиом для арифметики.

Основные понятия и отношения аксиоматической теории натурального числа. Определение натурального числа.

В качестве основного(неопределяемого) понятия в некотором множестве N выбирается отношение , а также используются теоретико-множественные понятия, а также правила логики.

Элемент, непосредственно следующий за элементом а, обозначают а".

Отношения «непосредственно следовать за» удовлетворяет следующим аксиомам:

Аксиомы Пеано :

Аксиома 1 . В множестве N существует элемент, непосредственно не следующий ни за каким элементом этого множества. Будем называть его единицей и обозначать символом 1 .

Аксиома 2 . Для каждого элемента а из N существует единственный элемент а" , непосредственно следующий за а .

Аксиома 3 . Для каждого элемента а из N существует не более одного элемента, за которым непосредственно следует а .

Аксиома 4. Всякое подмножество М множества N совпадает с N , если обладает свойствами: 1) 1 содержится в М ; 2) из того, что а содержится в М , следует, что и а" содержится в М.

Определение 1 . Множество N , для элементов которого установлено отношение «непосредственно следовать за », удовлетворяющее аксиомам 1-4, называется множеством натуральных чисел , а его элементы - натуральными числами .

В данном определении ничего не говорится о природе элементов множества N . Значит, она может быть какой угодно. Выбирая в качестве множества N некоторое конкретное множество, на котором задано конкретное отношение «непосредственно следовать за», удовлетворяющее аксиомам 1-4, мы получим модель данной системы аксиом.

Стандартной моделью системы аксиом Пеано является возникший в процессе исторического развития общества ряд чисел: 1,2,3,4,... Натуральный ряд начинается с числа 1 (аксиома 1); за каждым натуральным числом непосредственно следует единственное натуральное число (аксиома 2); каждое натуральное число непосредственно следует не более чем за одним натуральным числом (аксиома 3); начиная от числа 1 и переходя по порядку к непосредственно следующим друг за другом натуральным числам, получаем все множество этих чисел (аксиома 4).

Итак, мы начали аксиоматическое построение системы натуральных чисел с выбора основного отношения «непосредственно следовать за» и аксиом, в которых описаны его свойства. Дальнейшее построение теории предполагает рассмотрение известных свойств натуральных чисел и операций над ними. Они должны быть раскрыты в определениях и теоремах, т.е. выведены чисто логическим путем из отношения «непосредственно следовать за», и аксиом 1-4.

Первое понятие, которое мы введем после определения натурального числа, - это отношение «непосредственно предшествует» , которое часто используют при рассмотрении свойств натурального ряда.

Определение 2. Если натуральное число b непосредственно следует за натуральным числом а , то число а называется непосредственно предшествующим (или предшествующим) числу b .

Отношение «предшествует» обладает рядом свойств .

Теорема 1. Единица не имеет предшествующего натурального числа.

Теорема 2. Каждое натуральное число а , отличное от 1, имеет единственное предшествующее число b , такое, что b" = а.

Аксиоматическое построение теории натуральных чисел не рассматривается ни в начальной, ни в средней школе. Однако те свойства отношения «непосредственно следовать за», которые нашли отражение в аксиомах Пеано, являются предметом изучения в начальном курсе математики. Уже в первом классе при рассмотрении чисел первого десятка выясняется, как может быть получено каждое число. При этом используются понятия «следует» и «предшествует». Каждое новое число выступает как продолжение изученного отрезка натурального ряда чисел. Учащиеся убеждаются в том, что за каждым числом идет следующее, и притом только одно, что натуральный ряд чисел бесконечен.

Сложение натуральных чисел

По правилам построения аксиоматической теории, определение сложения натуральных чисел нужно ввести, используя только отношение «непосредственно следовать за» , и понятия «натуральное число» и «предшествующее число» .

Предварим определение сложения следующими рассуждениями. Если к любому натуральному числу а прибавить 1, то получим число а", непосредственно следующее за а , т.е. а + 1 = а" и, следовательно, мы получим правило прибавления 1 к любому натуральному числу. Но как прибавлять к числу а натуральное число b, отличное от 1? Воспользуемся следующим фактом: если известно, что 2 + 3 = 5, то сумма 2 + 4 = 6, которое непосредственно следует за числом 5. Происходит так потому, что в сумме 2 + 4 второе слагаемое есть число, непосредственно следующее за числом 3. Таким образом, 2 + 4 =2+3" =(2+3)". В общем виде имеем, .

Эти факты положены в основу определения сложения натуральных чисел в аксиоматической теории.

Определение 3 . Сложениемнатуральных чисел называется алгебраическая операция, обладающая свойствами:

Число а + b называется суммой чисел а и b , а сами числа а иb - слагаемыми .

Отдел образования администрации Кировского района г. Волгограда

Муниципальное общеобразовательное учреждение

гимназия №9

Секция математика

По теме: Натуральные числа

Ученицы 6 б класса

Шанина Лиза

Руководитель:

Учитель математики

Дата написания работы:

Подпись руководителя:

г. Волгоград 2013 г.

Введение стр.3

§1. Основные понятия и определения стр.4

§2. Аксиоматика натурального числа стр. 5

§3. «О НЕКОТОРЫХ ТАЙНАХ, КОТОРЫЕ ХРАНЯТ ЧИСЛА» стр.8

§4. Великие математики стр. 10

Заключение стр. 12

Список литературы стр. 13

Введение

Что такое натуральные числа? Все! Ой, как хорошо. А кто может объяснить? Гм, гм, "положительные целые числа", нет, не пойдёт. Придётся объяснять, что такое "целые числа", а это сложнее. Ещё есть версии? Количество яблок? Кажется, мы не понимаем, зачем нужно объяснять.

Натуральные числа это некоторые математические объекты, чтобы делать о них какие-то утверждения, вводить на них операции (сложение, умножение), нам нужно какое-то формальное определение. Иначе операция сложения останется такой же неформальной, на уровне "было две кучки яблок, сложили их в одну". И доказывать теоремы, в которых используется сложение, станет невозможно, это печально.

Да-да, совершенно верно вспомнить, что точки и прямые это неопределимые понятия. Но у нас есть аксиомы , задающие свойства, на которые можно опираться в доказательствах. Например, "через любые две точки на плоскости можно провести прямую и притом только одну". И т. п. Вот чего-нибудь такого хотелось бы.

В данной работе мы будем рассматривать натуральные числа, аксиомы Пеано и тайны чисел.

Актуальность и новизна работы состоит в том, что область аксиом Пеано не раскрыта в школьных учебниках и не показана их роль.

Целью данной работы является изучение вопроса о натуральном числе и тайны чисел.

Основной гипотезой работы является аксиомы Пеано и тайны чисел.

§1. Основные понятия и определения

Число – это выражение определенного количества.

Натуральное число элемент неограниченно продолжающейся последовательности.

Натуральные числа (естественные числа) - числа, возникающие естественным образом при счёте (как в смысле перечисления, так и в смысле исчисления).

Существуют два подхода к определению натуральных чисел - числа, используемые при:

перечислении (нумеровании) предметов (первый, второй, третий, …);

обозначении количества предметов (нет предметов, один предмет, два предмета, …).

Аксиома – это основные исходные положения (самоочевидные принципы) той или иной теории, из которых путем дедукции, то есть чисто логическими средствами, извлекается все остальное содержание этой теории.

Число, которое имеет только два делителя (само это число и единицу) называется - простым числом.

Составное число - это такое число, которое имеет более двух делителей.

§2. Аксиоматика натурального числа

Натуральные числа получаются при счете предметов и при измерении величин. Но если при измерении появляется числа, отличные от натуральных, то счет приводит только к числам натуральным. Чтобы вести счет, нужна последовательность числительных, которая начинается с единицы и которая позволяет осуществлять переход от одного числительного к другому и столько раз, сколько это необходимо. Иначе говоря, нужен отрезок натурального ряда. Поэтому, решая задачу обоснования системы натуральных чисел, в первую очередь надо было ответить на вопрос о том, что же представляет собой число как элемент натурального ряда. Ответ на это был дан в работах двух математиков - немца Грассмана и итальянца Пеано. Они предложили аксиоматику, в которой натуральное число обосновывалось как элемент неограниченно продолжающейся последовательности.

Аксиоматическое построение системы натуральных чисел осуществляется по сформулированным правилам .

Пять аксиом можно рассматривать как аксиоматическое определение основных понятий:

1 есть натуральное число;

Следующее за натуральным числом есть натуральное число;

1 не следует ни за каким натуральным числом;

Если натуральное число а следует за натуральным числом b и за натуральным числом с , то b и с тождественны;

Если какое-либо предложение доказано для 1 и если из допущения, что оно верно для натурального числа n , вытекает, что оно верно для следующего за n натурального числа, то это предложение верно для всех натуральных чисел.

Единица – это первое число натурального ряда, а также одна из цифр в десятичной системе счисления.

Считается, что обозначение единицы любого разряда одним и тем же знаком (довольно близким современному) появилось впервые в Древнем Вавилоне приблизительно за 2 тысячи лет до н. э.

Древние греки, считавшие числами лишь натуральные числа, рассматривали каждое из них как собрание единиц. Самой же единице отводится особое место: она числом не считалось.

И. Ньютон писал: «… под числом мы понимаем не столько собрание единиц, сколько отвлеченное отношение одной величины к другой величине, условно принятой нами за единицу». Таким образом, единица уже заняла своё законное место среди других чисел.

Арифметические действия над числами имеют самые различные свойства. Их можно описать словами, например: «От перемены мест слагаемых сумма не меняется». Можно записать буквами: a+b = b+a. Можно выразить специальными терминами.

Мы применяем основные законы арифметики часто по привычке, не осознавая этого:

1) переместительный закон (коммутативность), – свойство сложения и умножения чисел, выражаемое тождествами:

a+b = b+a a*b = b*a;

2) cочетательный закон (ассоциативность), – свойство сложения и умножения чисел, выражаемое тождествами:

(a+b)+с = а+(b+с) (a*b)*с = а*(b*с);

3) распределительный закон (дистрибутивность), – свойство, связывающее сложение и умножение чисел и выражающееся тождествами:

a*(b+с) = а*b+а*с (b+с) *a = b*а+с*а.

После доказательства переместительного, сочетательного и распределительного (по отношению к сложению) законов действия умножения дальнейшее построение теории арифметических действий над натуральными числами не представляет уже принципиальных затруднений.

В настоящее время в уме или на листке бумаги мы делаем лишь самые простые вычисления, все чаще и чаще поручая более сложную вычислительную работу калькуляторам, вычислительным машинам. Однако в основе работы всех вычислительных машин – простых и сложных – лежит самая простая операция – сложение натуральных чисел. Оказывается, самые сложные расчеты можно свести к сложению, только делать эту операцию надо многие миллионы раз.

§3. .«О НЕКОТОРЫХ ТАЙНАХ, КОТОРЫЕ ХРАНЯТ ЧИСЛА»

Числа Мерсенна.

В течение нескольких столетий шли поиски простых чисел.

Число, которое имеет только два делителя (само это число и единицу) называется - простым числом

Составное число - это такое число, которое имеет более двух делителей. Вот например: французский монах Марен Мерсенн (1г.) записал формулу числа « на простоту», которые получили название числа Мерсенна.

Это числа вида М р =2Р -1, где р = простое число.

Я проверила: выполнима ли эта формула для всех простых чисел

К настоящему времени числа большие 2 проверены на простоту для всех р до 50000.Е» результате было обнаружено более 30 простых чисел Мерсенна.

3.1 Совершенные числа.

Среди составных чисел выделяется такая группа чисел, которые получили название ■ совершенными, если число равнялось сумме всех своих делителей (исключая само число). Например:

496=1+2+4+8+16+31+62+124+248

3.2. Дружественные числа

Учёный Пифагор много путешествовал по странам Востока: был в Египте и в Вавилоне. Там Пифагор познакомился и с восточной математикой. Пифагор верил, что в числовых закономерностях спрятана тайна мира, числа имеют свой особый жизненный смысл. Среди составных чисел встречаются пары чисел, из которых каждое равняется сумме делителей другого.

Например: 220 и 284

220=1+2+4+5+10+11+20+22+44+55+110=284

234=1+2+4+71+142=220

Я с помощью калькулятора нашла ещё пары дружественных чисел.

Например: 1184 и 1210

1184=1+2+4+8+16+32+37+74+148+296+592=1210

1210=1+2+5+10+1.1+22+55+110+121+242+605=1184 и. т.д.

Дру́жественные чи́сла - два натуральных числа́, для которых сумма всех делителей первого числа́ (кроме него самого) равна второму числу и сумма всех делителей второго числа́ (кроме него самого) равна первому числу.. Обычно же, говоря о дружественных числах, имеют в виду пары из двух разных чисел.

Дружественные числа

Дружественные числа - пара чисел, из которых каждое равняется сумме своих делителей (например, 220 и 284).

§4. Великие математики

Герман Гюнтер Грассман (нем. Hermann Günther Grassmann, 1809-1877) - физик, математик и филолог.

После того как Грассман получил образование в Штетине, он поступал в Берлинский университет, на факультет теологии. Сдав с успехом оба экзамена по теологии, он долго не оставлял мысли посвятить себя деятельности проповедника, а стремление к богословию сохранил до конца своей жизни. В то же время он заинтересовался математикой. В 1840 году он выдержал дополнительный экзамен на приобретение права преподавать математику, физику, минералогию и химию.

Дифференциал" href="/text/category/differentcial/" rel="bookmark">дифференциальных уравнений, определение и объём понятия кривой и т. п.) и формально-логическим обоснованием математики. Во всеобщее употребление вошла его аксиоматика натурального ряда чисел Известен его пример непрерывной (жордановой) кривой, целиком заполняющей некоторый квадрат.

Сэр Исаа́к Нью́то́н (англ. Sir Isaac Newton, 25 декабря 1642 - 20 марта 1727 по юлианскому календарю, действовавшему в Англии до 1752 года; или 4 января 1643 - 31 марта 1727 по григорианскому календарю) - английский физик, математик и астроном, один из создателей классической физики. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цвета и многие другие математические и физические теории.

Маре́н Мерсе́нн (устаревшая транслитерация Мари́н Мерсе́нн; фр. Marin Mersenne; 8 сентября 1588 - 1 сентября 1648) - французский математик, физик, философ и теолог. На протяжении первой половины XVII века был по существу координатором научной жизни Европы, ведя активную переписку практически со всеми видными учёными того времени. Имеет также серьёзные личные научные заслуги в области акустики, математики и теории музыки.

Заключение

Мы встречаемся с числами на каждом шагу и настолько с этим свыклись, что почти не отдаем себе отчета, насколько важны они в нашей жизни. Числа составляют часть человеческого мышления.

Выполнив данную работу, я узнала аксиомы натуральных чисел, великих математиков, некоторые тайны о числах. Всего существует десять цифр, а числа, которые можно представить с их помощью, бесконечное множество.

Математика немыслима без чисел. Разные способы представления числа помогают ученым создавать математические модели, теории, объясняющие неразгаданные явления природы.

Список литературы

1. Кордемский школьников математикой: (Материал для клас. и внеклас. занятий). – М.: Просвещение, 1981. – 112 с.

2. , Шор арифметических задач повышенной трудности. – М.: Просвещение, 1968. – 238 с.

3. Перельман арифметика. – М.: АО Столетие, 1994. – 164 с.

4. Малыгин историзма в преподавании математики в средней школе . – М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1963. – 223 с.

5. , Шевкин. – М.: УНЦ довузовского обучения МГУ, 1996. – 303 с.

6. Математический энциклопедический словарь. / Гл. ред. ; Ред. кол.: , . – М.: Сов. энциклопедия, 1988. – 847 с.

7. Савин словарь юного математика. – М.: Педагогика, 1985. – 352с.