Чем отличаются натуральные числа от целых

Статья Теория чисел

Натуральные числа используют для счёта: 1, 2, 3, … . Целые числа образуют более широкое множество: …, −2, −1, 0, 1, 2, … . Поэтому каждое натуральное число целое, но отрицательные числа и ноль целые, а в обычной школьной записи не натуральные.

Главное в такой задаче — не запомнить два списка, а выяснить, какие ответы разрешены. Число −2 может быть правильным решением уравнения, но не ответом на вопрос «сколько тетрадей». Начнём со счёта, расширим его до числовой прямой и проверим, как выбор множества меняет ответ задачи.

Вопрос Натуральные числа Целые числа
Запись множества 1, 2, 3, … …, −2, −1, 0, 1, 2, …
Есть ли отрицательные? нет да
Есть ли ноль? обычно нет в школьной записи да
Пример 7, 42, 1000 −8, 0, 7, 42
Натуральные числа входят в целые: к числам для счёта в целых добавляются ноль и отрицательная часть прямой.

Натуральные числа: когда считают предметы

Когда говорят «три книги», «восемь участников» или «двадцать страниц», используют натуральные числа. В школьной традиции России это положительные целые: 1, 2, 3, 4, … . У них нет дробной части и нет знака минус. Число 12 натуральное; 12,0 тоже обозначает то же самое число 12 и остаётся натуральным.

Числа −5, 0, 1/2 и 3,14 не входят в этот ряд. У отрицательного числа нет смысла как у количества имеющихся предметов. Ноль не означает «один предмет для счёта», а дробь описывает часть единицы, поэтому для обычного счёта нужны другие записи.

Натуральные числа удобны не только для количества. Ими нумеруют этажи, задания и места в очереди. В таких задачах первый номер обычно 1, поэтому полезно отличать номер от количества: в пустой коробке предметов ноль, но у неё нет «нулевого первого предмета».

Целые числа: счёт, ноль и направление

Целые числа расширяют натуральные в обе стороны. К положительным числам добавляется ноль и отрицательные: …, −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3, … . Дробей между соседними целыми в самом множестве нет: 2,5 и −1/4 не целые, хотя они находятся между целыми точками на прямой.

Ноль показывает отсутствие изменения или количество, равное нулю. Отрицательные числа помогают записать противоположное направление или нехватку относительно выбранного уровня: температура ниже нуля, этаж ниже первого, разность «получили минус потратили», координата слева от начала. Контекст задаёт смысл, но математически −6, 0 и 19 принадлежат одному множеству целых чисел.

−3−2−10123Целые числанатуральные: 1, 2, 3, …
Все отмеченные точки — целые. Натуральные в школьной записи начинаются справа от нуля с 1.

Одно множество внутри другого

Запись ℕ ⊂ ℤ означает: каждое натуральное число принадлежит множеству целых. Например, 4 есть и в ℕ, и в ℤ. Обратное неверно: −4 и 0 принадлежат ℤ, но не входят в ℕ при школьном соглашении. Это похоже на отношение «квадраты и прямоугольники»: каждый квадрат прямоугольник, но не каждый прямоугольник квадрат.

Не стоит делать из этой модели правило про все числа. Дробь 3/4 не является целой, но она рациональна. Число √2 не является ни натуральным, ни целым, ни рациональным. Сейчас достаточно определить, есть ли у записи дробная часть и является ли она отрицательной; более широкие множества изучают дальше.

Что делать с нулём

Ноль всегда целый. С натуральными есть соглашение: во многих российских школьных учебниках ℕ = {1, 2, 3, …}; в некоторых курсах натуральные начинают с 0. Поэтому в задаче нужно следовать определению учебника, учителя или условия. Если соглашение не указано, для школьного ответа безопасно написать, что используется ряд от 1, и при необходимости отметить другую договорённость.

Иногда используют символ ℕ₀ для ряда {0, 1, 2, …}. Такая запись снимает неоднозначность. В программировании индексы часто начинают с 0, но это выбор системы нумерации, а не доказательство того, что любой учебник обязан включать ноль в натуральные.

Как выбрать множество в задаче

Сначала решают математическую часть, затем проверяют, подходит ли ответ ограничению. Уравнение x + 5 = 3 даёт x = −2. В целых числах решение есть. В натуральных числах решения нет, потому что −2 не принадлежит этому множеству. Формула не изменилась; изменился допустимый набор ответов.

В задаче «сколько полных коробок получится» ответ должен быть натуральным или нулём, если пустой результат разрешён. В задаче про изменение температуры может потребоваться целое отрицательное число. В задаче про длину или массу часто понадобятся дроби, поэтому нельзя заранее ограничивать x целыми. Вопрос «какие числа допускаются?» является частью условия, а не последней проверкой.

Разберите примеры

Число Натуральное? Целое? Причина
5 да да положительное число для счёта
0 обычно нет да ноль входит в целые
−8 нет да отрицательное без дробной части
2,5 нет нет есть дробная часть
3/3 да да 3/3 = 1
−6,0 нет да это то же число, что −6
Смотрят на значение числа, а не только на внешний вид записи: дробь 3/3 равна целому 1.

Последняя строка важна: десятичная запись с нулями после запятой не создаёт дробную часть. Числа 7, 7,0 и 7,00 равны одному целому числу. А запись 7,01 уже означает другое число и не принадлежит ℤ.

Проверьте себя

1. К каким множествам относятся −4, 12, 0 и 3,5?

Показать решение

−4 — целое, но не натуральное. 12 — натуральное и целое. 0 — целое; в школьном соглашении не натуральное. 3,5 не натуральное и не целое, потому что имеет дробную часть.

2. Имеет ли уравнение x + 7 = 2 решение в натуральных и в целых числах?

Показать решение

x = −5. В целых числах решение есть, в натуральных нет: отрицательное число не входит в ряд 1, 2, 3, … .

3. Верно ли, что 8,0 — целое число?

Показать решение

Да. 8,0 = 8, а 8 — целое и натуральное число. Важна величина, а не наличие запятой в записи.

Следующий шаг

Чтобы уверенно читать задачи с множествами, закрепите координатную прямую и отрицательные числа. В курсе «Основы математики» можно потренировать классификацию чисел и выбор допустимого ответа в задачах.

2 комментария к “Чем отличаются натуральные числа от целых”

Оставить комментарий