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為什麼負負會得正?讓專家用《倚天屠龍記》解釋給你聽

李開周 2020年12月09日 07:00:00
電影《倚天屠龍記之魔教教主》劇照(圖片取自網路)

電影《倚天屠龍記之魔教教主》劇照(圖片取自網路)

現代小朋友很幸運,小學階段就能接觸負數,了解負數是表示與正數意義相反的量,知道在正數前面加上–就是負數,理解0是正數和負數的分界,會用正數表示收入,以負數表示支出。放在幾百年前根本不可想像,因為當時連一些天才級的大數學家都不認識負數。

 

不過現代小朋友也很不幸,因為一旦學到負數的乘法, 特別是負數乘負數就糊塗了:老師要小朋友記住負負得正,但兩個負數相乘為什麼變成正數呢?昨天零下四度,今天零下五度,兩個負溫度相乘,就變成零上二十度嗎?小明的爸爸早上花三十元,晚上花五十元,如果–30乘以–50等於1500,小明爸爸的錢豈不是愈花愈多嗎?

 

只懂死記、硬背的孩子不會問這些問題,只有喜歡思考的孩子才會問。當他們舉手發問時,老師不一定能提供合理的解釋,可能會說一句:「1比2小是人為規定,負負得正也是人為規定,不用問那麼多,記住就行了。」

 

其實,1比2小不僅是規定,也可以證明;負負得正不只是規定,同樣可以證明。但假如老師能拿出嚴格的證明過程,一定比證明畢氏定理複雜得多,小朋友們又怎麼看得懂呢?正所謂你不說我還明白,你愈說我愈糊塗。

 

著名育種學家、雜交水稻之父、為全球糧食增產貢獻最大的袁隆平,小時候也被負數弄糊塗過。他說喜歡外語、地理和化學,最不喜歡數學,因為學負數時,搞不清楚負負相乘為什麼得正數,去問老師,老師的回答簡單粗暴:「沒為什麼,你記住就行了。」這段經歷讓他很不舒服,以為數學是「不講理的學科」,從此失去興趣。

 

大約兩個世紀前,法國作家司湯達(Stendhal,本名馬利–亨利.貝爾〔Marie-Henri Beyle〕,西元一七八三年∼ 一八四二年)上學時,認為負負得正不合理,向數學老師迪皮伊請教:「如果負負得正,那麼一個人該怎樣把五百法郎的債與一千法郎的債乘起來, 才能得到五十萬法郎的收入呢?」老師「只是不屑一顧地笑了笑」。司湯達又找補習學校的數學老師夏貝爾請教,夏貝爾十分尷尬,只能不斷重複課程內容,並告誡司湯達說:

 

「這是慣用格式,大家都這樣認為,連數學家尤拉(Leonhard Eular ,西元一七○七年∼一七八三年)和拉格朗日(Joseph Lagrange,西元一七三六年∼一八一三年)都認為此說有理,你就別標新立異了。」

 

法國作家司湯達曾經對「負負得正」困惑不解(時報提供)

 

多年以後,司湯達寫回憶錄,對兩位老師都沒什麼好評價:「迪皮伊先生很可能是個迷惑人的騙子,夏貝爾先生只是個愛慕虛榮的小市民,他們根本提不出什麼問題,更解答不出問題。」

 

許多小朋友喜歡閱讀法國作家兼昆蟲學家法布爾(Casimir Fabre,西元一八二三年∼一九一五年)的《昆蟲記》。法布爾年輕時,錢包裡缺錢,為了能在研究昆蟲期間填飽肚子,必須兼職當家庭教師。他教過的學生問他:「法布爾先生,為什麼兩個負數的乘積是一個正數,而不是一個絕對值更大的負數呢?」法布爾當時不知道怎麼回答,但態度很誠懇:「對不起,我也不明白為什麼,讓我們一起搞懂其中的道理吧!」最後法布爾真的想出了解釋負負得正的辦法,他的解釋思路是這樣的:

 

假設從一月一日開始,小明每天花十元,記為–10。到一月三日,總共花掉三個十元,記為3×(–10)= –30。

 

現在讓時間倒流,從一月三日往前推,總消費每天將減少十元。因為是倒推,每倒推一天應記為–1,總消費每減少十元應記為–10。倒推到一月一日,–3×(–10)=30,小明的三十元又回來了。

 

負的時間乘以負的開銷,得到正的金錢,所以,負負得正。其實還有一種解釋思路,用武俠人物舉例子。

 

《倚天屠龍記》第三十一回,明教教主張無忌尋找金毛獅王謝遜,被「混元霹靂手」成崑誤導,在河北大兜圈子, 從盧龍縣跑到三河縣,又從三河縣跑到香河縣,再從香河縣跑到寧河縣(今屬天津市寧河區),始終不見謝遜蹤影,最後發覺上當,一怒之下買匹快馬,重新回到盧龍縣,以一人之力砸了丐幫總舵的場子。

 

假定張無忌在星期一凌晨從盧龍出發,每天奔跑一百華里,星期三深夜抵達寧河。星期四早上,張無忌發現上當, 順著原路騎馬返回盧龍,每天行程一百五十華里。星期五晚上,他將抵達盧龍。當初從盧龍出發,日行一百華里,記為+100;後來返回盧龍,日行一百五十華里,因為是返程,應該記為–150。時間呢?從星期一到星期三,三天時間正常流逝,記為3;從星期四到星期五,兩天時間也是正常流逝,記為2。

 

前三天的行程:100×3=300華里。正數乘正數,還是正數。

 

後兩天的行程:–150×2=–300華里。負數乘正數,等於負數。

 

現在開啟時間倒流模式。從星期五到星期四,過了–2天,每天返回一百五十華里變成每天前進一百五十華里,– 150變成150。時間倒流兩天,150×(–2),結果還是負三百華里。正數乘負數,等於負數。

 

星期三到星期一,過了–3天,每天前進一百華里變成每天返回一百華里,100變成–100。時間倒流三天,–300×(–3),結果是三百華里。負數乘負數,等於正數。

 

–100×(–3)=300有什麼實際含義呢?就是時間每倒流一天,張無忌就少跑一百華里。時間倒流到星期一早上,張無忌總共少跑三百華里。

 

*本文摘自《誰說不能從武俠學數學?,時報出版。

 

 

【作者簡介】

 

李開周

 

1980年生,河南開封人,青年學者,專欄作家。

 

大學念的是工程學,曾任測量工程師,從事測量、預算和土地規劃等工作。

 

曾在《新京報》、《中國經營報》、《世界新聞報》、《羊城晚報》、《中國烹飪》和《萬科周刊》等媒體開設專欄。

 

著有《從奈米到光年:有趣的度量衡簡史》、《逛一回鮮活的宋朝民俗》、《民國房地產戰爭》、《誰說不能從武俠學化學?》、《誰說不能從武俠學物理?》、《包公哪有那麼黑》、《擺一桌絕妙的宋朝茶席》、《過一場歡樂的宋朝新年》、《吃一場有趣的宋朝飯局》、《歷史課本聞不到的銅臭味》等。

 

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