4. Додавання, віднімання, множення і ділення цілих чисел. Теореми про існування та єдиність цих операцій. Закони операцій додавання і множення.

4. Приступаючи до побудови множини цілих чисел, ми зазначали, що операції над новими числами слід означити так, щоб, з одного боку, правила виконання операцій над старими числами збереглися, а з іншого - вони б не суперечили правилам виконання цих операцій у попередній числовій множині. Саме тому будемо при означенні операцій над цілими числами враховувати вказані зауваження. Отже, приймемо наступні означення.

Означення: сумою двох цілих чисел а і b, називається таке третє ціле число а+b, що виконуються наступні правила: 1) сума двох цілих чисел з однаковими знаками дорівнює сумі їх модулів, взята із спільним знаком; 2) сума двох цілих чисел з різними знаками дорівнює різниці модулів цих чисел, яка взята із знаком більшого модуля; 3) сума протилежних чисел дорівнює нулю; 4) додавання з нулем не змінює цілого числа.

У математиці доведено, що операція додавання у множині цілих чисел існує, єдина та підкоряється комутативному й асоціативному законам. Пропонуємо студентам сформулювати відповідні теореми.

Означення: різницею цілих чисел а і b називається таке ціле число с=а-b, що с+b=а.

Для того, щоб довести теорему про існування та єдиність різниці, слід довести таке допоміжне твердження: «для будь-яких цілих чисел а і b виконується рівність а-b=а+(-b)». Справді, оскільки для кожного цілого числа b існує протилежне йому ціле число –b і b+(-b)=0, то (а+(-b))+b=а. Звідси маємо а-b=а+(-b). Доведене твердження дає змогу операцію віднімання цілих чисел звести до операції додавання. Наприклад, 12-(-8)=12+8=20.

Означення: добутком двох цілих чисел а і b, називається таке третє ціле число аb, що виконуються наступні правила: 1) добуток двох цілих чисел з однаковими знаками дорівнює добутку їх модулів, взятому із знаком плюс; 2) добуток двох цілих чисел з різними знаками дорівнює добутку їх модулів, взятому із знаком мінус; 3) добуток будь-якого цілого числа на нуль дорівнює нулю; 4) добуток будь-якого цілого числа на одиницю дорівнює цьому цілому числу.

Оскільки в означенні нічого не говориться про існування, єдиність та властивості операції множення, то в множині цілих чисел слід сформулювати та довести відповідні теореми. Пропонуємо студентам сформулювати ці теореми, виконавши завдання для самостійної роботи.

Означення: часткою цілих чисел а і b називається таке ціле число с=а:b, що сb=а.

Якщо а=0, то для будь-якого цілого числа b≠0 частка існує і 0:b=0. Якщо а=0 і b=0, то вираз 0:0 не має смислу. Якщо а≠0 і b=0, то ні для жодного цілого числа с не може виконуватися рівність с•0=а. Саме тому частка а:0 не існує. Таким чином, і в множині цілих чисел ділити на нуль неможливо. В математиці доведено справедливість наступної теореми «частка цілих чисел а і b, де b≠0, існує тоді і тільки тоді, коли а=сb, де сєZ». Отже, ми означили в множині цілих чисел всі чотири арифметичні операції так, щоб вони, по-перше, не суперечили правилам виконання цих дій над натуральними числами, по-друге, підкорялися тим же законам.