0是一个神奇的数字,这里简单介绍一些关于0的特点和性质。
0的性质:
*0是否属于自然数仍有争议,数论领域认为0不属于自然数,集合论和计算机科学领域认为0属于自然数。国际标准ISO 31-11:1992中,从集合论角度规定:符号N所表示的自然数包括正整数和0。中国国家标准GB 3102-1993参照国际标准作出同样规定。
*0是平方数。
*0是高斯整数(高斯整数是实数部分(实部)和虚数部分(虚部)都是整数的复数)。
*0是偶数。
*0非正非负,0的相反数和绝对值都是其本身。
*0乘以任何实数都等于0(0*10=0),任何实数加上0等于其本身(x+0=x)。
*0没有倒数和负倒数,任何数(包括0)除以0无意义。
*0不能做对数的底。
*0的正数次方等于0,0的负数次方无意义(因为分母不可为0)。
*0的0次方目前数学家没有给予正式的定义,部分领域中,如组合数学,常用的惯例是定义为1。
*0!定义为1。
*0和任何整数的最大公约数是另一个整数。
*0是任何整数的倍数。
几点阐述:
1.任何数(包括0)除以0无意义:
证明:(反证法)
假设非零实数除以0成立,于是设有非零实数x,有a=x/0。
从而有x=a*0=0,从而与题设x非零矛盾,从而有假设错误。
因此,任何非0实数除以0无意义。
那么,为什么0除以0也没有意义呢?
首先,这里先阐述一下现实生活中0除以0的无意义:
举个例子,假设有0块钱,现在要把这0块钱均分给0个人,那么每个人应该分得多少块钱?
提出这个问题时,不是说这个问题有谬论,而是这个问题本身就没有意义。对于这个问题,从哲学上说,0个人总共获得0块钱,那么每个人分得的可以是任何数值的钱。为什么呢?因为这个问题所描述的事件是一件不可能发生的事情,那么,如果一件不可能发生的事情发生了,这件事情就具有无限的可能性。
这个概念可以结合到香农的信息论,香农认为,一个码元携带的信息量为-log(pi),其中pi为该码元出现的概率。根据这个公式,pi越小,那么信息量越大,当pi=0时,携带信息量为无限大,也就是说这样一个事件所带来的是无限的可能性,有可能是宇宙爆炸等等。既然一件已经认为是不可能发生的事情都发生了,那么还有什么事情不会发生呢?因此,0人分0块钱,每个人可能分得任何数值的钱。
然后,阐述一些关于数学上的概念:
在极限理论中,认为任何非零实数除以0,其结果为无穷大(可能为正无穷大或负无穷大)。
对于0/0,由极限理论,其值可能为任何值。
举个例子,0/0型洛必达法则:
洛必达法则中有,
设函数f(x)和g(x)满足:
当x=>oo,lim f(x)=lim g(x)=0;同时f(x)和g(x)均可导。
那么,就有 lim( f(x)/g(x) ) = lim (f’(x)/g’(x) ) =A。
从这里,我们可以看出,由于函数f(x)和g(x)的多种可能性,其f’(x)和g’(x)也会有多种可能性,其结果A也会有多种可能性。
即是有,0/0的结果可以为任意值,这是没有意义的。
2.零是高斯整数:
高斯整数是实数部分(实部)和虚数部分(虚部)都是整数的复数。
证明:
设0 = a + b * j,有 a = b = 0。由0为整数,于是有满足高斯整数的定义。
3.零是任何整数的倍数:
证明:
设任意整数为a,则有
对于任意非零整数a,有0/a = 0,由于0为整数,从而有0是a的倍数。
而对于a为0的情况,前面提及过0/0无意义,因此不必考虑。
4.零和任何数的最大公约数是另一个数:
由于前面有一条准则:0是任何整数的倍数。
所以对于a和0,有0是a的倍数,那么,a和0的最大公约数自然为a。
0所起的作用
1.零的作用:占位
例如,用十进制表示的1024,其中的0起到了什么作用呢?1024的0,表示百位“没有”。虽说没有,但是这个0不能省略,因为如果省略了0,写成124,那就变成了另一个数了。
在按位计数法中,数位具有很重要的意义。即使百位的数“没有”,也不能不写数字。这时就轮到0出场了,即0的作用就是占位。换言之,0占着一个位置以保证数位高于它的数字不会产生错位。
正因为有了表示“没有”的0,数值才能正确地表现出来,可以说在按位计数法中0是不可或缺的。
2.零的作用:表示“没有”
我们需要用一个数字来表示“无”、“没有”。0在其本身的定义中就是“没有”与“无”。
一方面,0代表了自然界中物质存在的一种状态——无,这种状态咋看没有意义,但是其作为“有”的补充,其代表着自然界的普遍规律:有无相生。
另一方面,正是0所代表的“没有”这种状态,它能够很好地描述我们所接触到的“没有”,让“没有”能够以“0”的方式存在于“有”的世界中。
日常生活中的0
在我们的日常生活中,有时也会遇到像0那样表示“没有”的情况。
*没有计划的计划
我们常常使用日程表来管理计划。在日程表中填入“案头工作”、“出差”、“研讨会”等计划。那么,和“0”相当的计划是什么呢?
通常情况下,如果我们在某一天没有上面所提及的什么“研讨会”的日程计划,此时,所有的时间都是有自己支配,所以现在自己处于没有安排的情景之下,在这种情况下,我们可以用0来表示没有安排与计划,0就相当于空计划,日程表中没有任何安排,是空着的,就是0。
在这里,0所起到的作用也是一种占位的作用。
*没有药效的药
假设现在必须有规律的服用某一种胶囊,每四天停用一次,也就是3天服用,1天停用。但是对于这样一种周期进行循环是很有难度的。
灵机一动,妙法自然来。那就是每天都吃药。只是,每4粒胶囊中有一粒是“没有药效”的假胶囊。事先准备好标有日期的盒子,并在其中放入每天需要服用的药,不是更好吗?
这样一来,就无需判断“今天是服药日还是停药日”了。正因为有了“没有”药效的药,才形成了“每天服用一粒胶囊”的简单规则。在这里,0的作用依然是占位的作用。