当被问及为何1+1的结果为2时,我们通常给出的解释是:
想象一下,假设在我们的桌面上摆放着一个苹果,随后再放置一个苹果,此时我们便拥有了两个苹果,这便是1加1等于2的直观体现。
在日常生活中,这样的理解方式是可行的,然而数学作为一门严谨的学科,其构建并非仅仅依赖于经验或直觉。
为了从数学的视角深入探究这一问题,我们需要明确两个核心概念:首先是理解1的本质,其次是阐释加法的定义。
1个苹果、1个梨是否可以统称为1?显然不能。1是一种抽象的哲学概念,代表着自然数序列中的第二个元素。我们所接触到的具体事物,都无法真正等同于1,因为1是从这些具体事物中抽象并归纳出来的数学概念。尽管如此,我们可以借助一个苹果作为参照物来帮助我们理解1的概念。
这就像我们无法直接感知“直线”的存在,但可以通过使用直尺来形象地理解它一样。数学的世界充满了这样的奇妙之处,抽象的概念往往只能通过意会来把握,难以用语言进行精确的描述。
在明确了1的概念之后,我们再来探讨加法的定义。
对于这个问题,皮亚诺公理系统提供了一个极为详尽的解释。
皮亚诺是19世纪意大利一位享有盛誉的数学家,他所提出的皮亚诺公理,构成了关于自然数的六条基本公理,这些公理为整个数系奠定了坚实的基础。
下面将详细阐述皮亚诺公理的具体内容:
Ⅰ 0被视为自然数中的初始元素;
Ⅱ 对于每一个被确定的自然数a,都存在一个唯一确定的后继数a’,且a’同样属于自然数(例如,1的后继数是2,2的后继数是3,以此类推。)
Ⅲ 0不可能是任何自然数的后继数;
Ⅳ 相同自然数的后继数必定相等;
Ⅴ 若两个自然数b和c的后继数相同,则b与c相等;
Ⅵ 设有一个集合S,它包含自然数0,并且对于任何属于S的自然数n,其后继数n’也属于S。那么,集合S将包含所有的自然数,即S=N。
在此基础上,加法被定义为一种遵循特定规则的运算:
Ⅰ 对于所有属于自然数集N的元素m,0加上m等于m本身;
Ⅱ 对于所有属于自然数集N的元素m和n,n的后继数加上m等于n加上m的后继数。
借助这套公理系统,1+1等于2这一结论便变得清晰而明确。
1 + 1= 0’ + 1 (依据自然数的公理)
= (0 + 1)’(依据加法定义Ⅱ)
= 1’ (依据加法定义Ⅰ)
= 2 (依据自然数的公理)