關於最小自然數0?(問題討論)

2021-02-15 初中數學教育

關於最小自然數0?

0是自然數 最小的一位數是1. 隨著九年義務教育小學數學教材(試用修訂版),把0劃歸自然數後,一些數的概念是否發生變化,引起數學教師的關注。無論是在日常的教研活動,還是教師私下交流,或是網際網路上的教育論壇,都有許多教師提出疑問,引發了大家的思考。
思考之一:為什麼要把0劃歸自然數
從歷史上看,國內外數學界對於0是不是自然數歷來有兩種觀點:一種認為0是自然數,另一種認為0不是自然數。建國以來,我國的中小學教材一直規定自然數不包括0。目前,國外的數學界大部分都規定0是自然數。為了方便於國際交流,1993年頒布的《中華人民共和國國家標準》(GB 3100-3102-93)《量和單位》(11-2.9)第311頁,規定自然數包括0。所以在近幾年進行的中小學數學教材修訂中,教材編寫人員根據上述國家標準進行了修改。即一個物體也沒有,用0表示。0也是自然數。
思考之二:最小的一位數是「1」還是「0」?
0是最小的自然數,那麼最小的一位數是「1」還是「0」?在0沒有歸入自然數以前大家都很清楚,最小的一位數是1。那麼,現在0也成為自然數了,最小的一位數還是1嗎?這是許多教師提出的疑問,筆者認為最小的一位數還是1。
因為,0表示一個物體也沒有,在記數法中是表示空位的一個符號,如3005裡「0」就分別表示這個數的十位、百位、都是空位。這次調整雖然將「0」劃歸自然數,然而對幾位數的概念並沒改變。關於「幾位數」是這樣定義的「只用一個有效數字表示的數,叫做一位數,只用兩個有效數字,其中左邊第一個數字是有效數字來表示的數就叫做兩位數……」假設0也算作一位數的話,那麼最小的兩位數是「10」還是「00」呢?那麼最小的三位數、四位數……又是多少呢?
《九年義務教育六年制小學數學第八冊教師教學用書》第98頁「關於幾位數」是這樣敘述的:「通常在自然數裡,含有幾個數位的數,叫做幾位數。例如,2,含有一個數位的數,叫做一位數;30含有兩個數位的數,叫做兩位數;405含有三個數位的數,叫做三位數……但是要注意:一般不說0是幾位數。
所謂最大的幾位數,最小的幾位數,通常也是在非零自然數範圍來說。所以,最大一位數是9,最小一位數是1;最大兩位數是99,最小兩位數是10;最大三位數是999,最小三位數是100……」
綜上所述,「0」雖然是最小的自然數,但仍然不能稱為「一位數」,更不能稱為最小的一位數。
思考之三:自然數的計數單位還是「1」嗎?
大家都知道,0是自然數中最小的一個。0加1得1,1加1得2 ,2加1得3,……這樣繼續下去可以得到任意一個自然數。而從自然數的排列順序可知,後面一個自然數比前面一個自然數多1。因此,任何一個自然數都是由若干個1合併而成,所以1是自然數的單位。0可以看成是由0個1組成的自然數。
思考之四:0是其它非零自然數的倍數嗎?
《九年義務教育六年制小學數學》第十冊中,關於「數的整除」及「約數和倍數」的定義並未做任何改變,教材第54頁就有這樣的敘述:「因為0也能被2整除,所以0也是偶數」。以此類推,0能被所有非零自然數整除,根據約數倍數的定義,0是任何非零自然數的倍數,任何非零自然數都是0的約數。但考慮到研究分解質因數、最大公約數、最小公倍數時,一般限於非零自然數範圍內,如講最小公倍數時,是把0排除在外的。為此,《九年義務教育六年制小學數學》第十冊50頁明確指出:「為了方便,以後在研究約數和倍數時,我們所說的數一般不包括0」。這樣就避免了一些不必要的麻煩。但過去的一些說法就必須加以糾正了。例如:「一個自然數的最小倍數是它本身」、「自然數的約數的個數是有限的」等,這樣的結論必須糾正。
思考之五:0是不是合數?
過去,在教學中,關於自然數的組成,有兩種情況:一是所有奇數和所有的偶數組成自然數集合;二是所有的質數與所有的合數及1也組成自然數集合。現在0也成為了自然數集合的一員,因而有許多教師提出這樣的問題:0是不是合數?
前面已經談過了,以後「在研究約數和倍數時,我們所說的數一般不包括0」,但作為一種學術研究,進行探討也未嘗不可。筆者以為,0的約數有無數個,根據《九年義務教育六年制小學數學》第十冊中關於合數的定義:「一個數,如果除了1和它本身還有別的約數,這樣的數叫做合數。」似乎應該把0劃歸為合數範圍,但仔細一想0是個特殊的自然數,因為所有非零自然數都有「本身」這個約數,如,1是1的約數,2也是2的約數……,而0這個自然數恰恰少了「本身」這個約數,因此,也不能歸為合數。試想:假設如果0是合數,那麼它能用質因數相乘的形式表現出來嗎?這就與「每個合數都可以寫成幾個質數相乘的形式」產生了矛盾。所以,我主張把0劃歸為「既不質數,也不是合數」範圍。當然了,這需要權威機構和專家們的認定。但我認為,目前在沒有明確0是不是合數的情況下,還是以迴避為好。
思考之六:「任何相鄰的兩個自然數是互質數」對嗎?
0沒有成為自然數時,這一結論毫無疑問是正確的。現在0也是自然數,我們只要研究「0和1」這兩個相鄰的自然數是不是互質數,就行了。根據《九年義務教育六年制小學數學》第十冊中關於互質數的定義:「公約數只有1的兩個數,叫做互質數。」筆者認為,0的約數有無數個,而1的約數只有一個,那就是它本身。綜上所述,0和1的公約數只有「1」,因此,0和1是互質數。自然,「任何相鄰的兩個自然數是互質數」這個結論也是正確的。

(根據百度文庫「0為什麼是自然數」改寫)

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