整数
数学名词
整数(integer)是数学中基本且核心的数系概念,指不含分数部分的数,包括正整数(1、2、3……)、0 和负整数(-1、-2、-3……),其集合记为Z(源于德语“Zahlen”,意为“数”)。
定义
整数是正整数、零、负整数的集合。整数的全体构成整数集,整数集是一个数环。在整数系中,零和正整数统称为自然数。整数不包括小数分数
正整数
它是从古代以来人类计数的工具。可以说,从“1头牛,2头牛”或是“5个人,6个人”抽象化成正整数的过程是相当自然的。
零不仅表示“没有”(“无”),更是表示空位的符号。中国古代用算筹计算数并进行运算时,空位不放算筹,虽无空位记号,但仍能为位值记数与四则运算创造良好的条件。印度-阿拉伯命数法中的零(zero)来自印度的(Sunya)字,其原意也是“空”或“空白”。
负整数
中国最早引进了负数。《九章算术.方程》中论述的“正负数”,就是整数的加减法。减法的需要也促进了负整数的引入。减法运算可看作求解方程,如果是自然数,则所给方程未必有自然数解。为了使它恒有解,就有必要把自然数系扩大为整数系。
发展简史
发展过程
古代文明阶段:古巴比伦(约公元前 2000 年)使用六十进制计数系统,已能处理正整数的加减乘除运算;古埃及通过象形文字记录正整数,用于土地测量和粮食分配。
古典数学阶段:古希腊数学家欧几里得《几何原本》中系统研究了整数的整除性,提出素数公约数等核心概念;中国古代《九章算术》中已涉及正整数、负整数的运算规则。
近代完善阶段:16 世纪后,负数的数学地位逐渐被认可,整数概念扩展为正整数、0、负整数的集合;19 世纪,戴德金通过“戴德金分割”为整数建立严格的逻辑定义,康托尔集合论进一步完善了整数体系,使整数理论正式成熟。
关键人物
欧几里得:古希腊数学家,首次系统梳理整数的整除性质,提出欧几里得算法(求最大公约数),为整数理论奠定基础。
戴德金:德国数学家,通过集合论方法定义整数,解决了整数的逻辑基础问题,著有《连续性与无理数》
康托尔:德国数学家,用集合论思想构建整数的等价类定义,推动整数理论与现代数学体系的融合。
重要事件
公元前 300 年左右,欧几里得《几何原本》中发表整数的素数相关理论,提出“素数有无穷多个”的证明。
17 世纪,笛卡尔创立坐标系,将整数与数轴上的点建立一一对应关系,赋予整数几何意义。
1872 年,戴德金发表《连续性与无理数》,给出整数的严格定义,标志着整数理论的成熟。
1920年,德国女数学家诺特引入“左模”,“右模”的概念。1921年写出的《整环的理想理论》是交换代数发展的里程碑。其中,诺特在引入整数环概念的时候(整数集本身也是一个数环),她是德国人,德语中的整数叫做Zahlen,于是当时她将整数环记作Z,从那时候起整数集就用表示了。
相关性质与运算
核心性质
有序性:对任意两个整数a、b,必有a>b,a=b或a
封闭性:整数的加法、减法、乘法运算结果仍为整数,除法运算仅在被除数能被除数整除时结果为整数。
奇偶性:整数可分为奇数(不能被 2 整除,如 1、-3)和偶数(能被 2 整除,如 2、-4、0)。奇数可以表示成2k+1(k为整数),偶数可以表示成2k(k为整数)。
整除性:若整数a能被整数b整除(b≠0),则存在整数k使得a=bk,称b是a的约数,a是b的倍数。
完备性公理:有上(下)界的整数子集有唯一最大(小)整数。
基本运算规则
加法:同号相加取相同符号,绝对值相加(如 3 + 5 = 8,-3 + (-5) = -8);异号相加取绝对值较大者的符号,绝对值相减(如 3 + (-5) = -2);0 加任何整数得原数。
减法:a - b = a + (-b)(如 5 - 3 = 5 + (-3) = 2,-5 - (-3) = -5 + 3 = -2)。
乘法:同号得正,异号得负,绝对值相乘(如 3 × 5 = 15,-3 × (-5) = 15,-3 × 5 = -15);0 乘任何整数得 0。
奇数与偶数的性质
1.两个奇数的和(差)是偶数,两个偶数的和(差)是偶数;
2.如果两个整数的和(差)是偶数,那么这两个整数必为同奇或同偶;
3.一个偶数与一个奇数之和(差)是奇数;
4.如果两个整数的和(差)是奇数,那么这两个整数必是一奇一偶;
5.奇数个奇数的和(差)是奇数,偶数个奇数的和(差)是偶数,任意多个偶数的和(差)是偶数;
6.任意多个奇数的积是奇数,n个偶数的积是偶数;
7.如果n个整数的积是奇数,那么这n个数都是奇数;如果n个整数的积是偶数,那么,这n个数中至少有一个是偶数;
8.奇数的平方都可以表示成8m+1的形式,偶数的平方可以表示8m为或8m+4的形式。
特殊正整数的倍数的判定方法
1.如果一个整数的最末一位数字能被2整除,那么这个整数必定是2的倍数;
2.如果一个整数的各位数字之和能被3整除,那么这个整数必定是3的倍数;
3.如果一个整数的末两位数字组成的数能被4整除,那么这个数必定是4的倍数;
4.如果一个整数的最末一位数字是5或0,那么这个整数必定是5的倍数;
5.若一个数既是2的倍数,又是3的倍数,则这个数必定是6的倍数;
6.若将一个数的个位数字截去,再从余下的数中,减去个位数的2倍,如果差是7的倍数,则原数必定是7的倍数。如果差太大或心算不易看出是否是7的倍数,就需要继续上述“截尾、倍大、相减、验差”的过程,直到能清楚判断为止;
7.如果一个整数的末三位数字组成的数能被8整除,那么这个数必定是8的倍数;
8.如果一个整数的各位数字之和能被9整除,那么这个整数必定是9的倍数;
9.如果一个整数的最末一位数字是0,那么这个整数必定是10的倍数;
10.把一个整数所有偶数位置上的数字及所有奇数位置上的数字分别相加,再求出两个和的差,如果所得的差能被11整除,那么这个整数必定是11的倍数;
11.把一个整数从右往左每两位分一段,无论最后一段是一位或是两位,如果各段数值之和能被11整除,那么这个整数必定是11的倍数;
12.若一个数既是3的倍数,又是4的倍数,则这个数必定是12的倍数;
13.若将一个数的个位数字截去,再从余下的数中,加上个位数的4倍,如果和是13的倍数,则原数必定是13的倍数。如果差太大或心算不易看出是否是13的倍数,则重复“截尾、倍大、相加、验和”的过程,直到能清楚判断为止;
14.若将一个数的个位数字截去,再从余下的数中,减去个位数的5倍,如果差是17的倍数,则原数必定是17的倍数。如果差太大或心算不易看出是否是17的倍数,同样重复之前的过程,直到能清楚判断为止;
15.若将一个数的个位数字截去,再从余下的数中,加上个位数的2倍,如果差是19的倍数,则原数必定是19的倍数。如果差太大或心算不易看出是否是19的倍数,同样重复之前的计算思路,直到能清楚判断为止;
16.若一个数的末三位数字表示的三位数与末三位数字以前的数字所组成的数的差(以大减小)是7(或11或13)的倍数,那么这个数必定是7(或11或13)的倍数;
17.若一个数的末三位数字表示的三位数与末三位数字以前的数字所组成的数的3倍的差(以大减小)是17的倍数,那么这个数必定是17的倍数;
18.若一个数的末三位数字表示的三位数与末三位数字以前的数字所组成的数的7倍的差(以大减小)是19的倍数,那么这个数必定是19的倍数;
19.若一个数的末四位数字表示的四位数与末四位数字以前的数字所组成的数的5倍的差(以大减小)是23(或29)的倍数,那么这个数必定是23(或29)的倍数。
“1”与“0”的特性
1是任何数的约数,即对于任何整数a,总有1|a。
0是任何非零数的倍数,若a为整数且a≠0,则a|0。
相关公式和定理
带余除法定理:设,则存在唯一的整数对使得。此时,称为被除得到的商,而称为被除得到的余数。
算术基本定理:除1外的任何正整数都可以表示成素数之积,且在不考虑排序次序的意义下表示唯一。
素数定理:整数中素数的分布具有规律性,当趋近于无穷大时,小于的素数个数近似等于。
易混概念区分
整数与自然数:自然数通常指非负整数(0、1、2、3……),是整数的子集;整数包含负整数,范围更广。
整数与有理数:有理数是整数和分数的统称,整数是有理数的特殊形式(分母为 1 的分数)。
拓展与应用
理论延伸
整数与代数:整数是多项式方程的重要解集合(如方程的整数解为),构成整数环,是抽象代数中环论的基础模型。
整数与数论:数论的核心研究对象是整数的性质,包括素数分布、同余理论、不定方程等,对密码学(如 RSA 加密)有重要支撑。
整数与计算机科学:计算机中通过二进制存储整数,分为有符号整数(含正负)和无符号整数(仅正整数),是编程中的基础数据类型。
整数的推广
从整数到有理数:整数除法(非整除情况)扩展为有理数,形成更完整的运算体系。
从整数到复数:整数可看作实部为整数、虚部为 0 的复数(如),是复数体系的重要组成部分。
最新进展与研究现状
当前整数相关研究集中在数论领域,如黎曼猜想(与素数分布密切相关,素数是整数的核心子集)、哥德巴赫猜想(任一大于 2 的偶数可表示为两个素数之和)等仍未完全证明的问题,这些研究对推动数学基础理论发展具有重要意义。同时,整数在量子计算密码学等前沿领域的应用研究也在持续推进。
参考资料
最新修订时间:2025-12-16 19:24
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概述
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