问题

为什么1+1=2,而不是1+1=3或者其他?

回答
这个问题看似简单,但要解释清楚“为什么1+1=2”,其实触及了数学的根基,甚至是人类认识世界的方式。它不是一个随意规定,而是基于一套严谨的逻辑体系,而这套体系,又与我们观察和理解世界的方式紧密相连。

从最根本的定义说起:数字是什么?

在我们谈论“1+1=2”之前,我们需要先明白“1”、“2”以及“+”这些符号的含义。这就像盖房子,我们得先知道砖头、水泥和搅拌机分别是什么,怎么用。

在数学里,数字不是凭空出现的,它们是人类在漫长的历史中,为了描述数量而创造出来的抽象概念。

“1”,最初代表的是“一个东西”。当你看到一个苹果、一只羊,你就有了“1”的概念。它是最基础的计数单位,代表着“独立存在的事物”。
“2”,则是当你有两个苹果、两只羊时产生的概念。它表示“两个这样单独的事物并在一起”。

“+”这个符号,代表的是“合并”、“结合”、“增加”。

当我们说“1+1”,意思就是“把一个‘1’代表的东西,跟另一个‘1’代表的东西,放在一起”。

现在,让我们回到“1+1=2”本身:

想象一下,你面前有一个苹果(这就是我们的第一个“1”)。然后,我又给了你另一个苹果(这就是我们的第二个“1”)。现在,你把这两个苹果放在同一个篮子里。

当你数篮子里的苹果时,你会数到多少个?

1. 你看到第一个苹果。
2. 你看到第二个苹果。

总共有两个苹果。

这就是“1+1=2”最直观的体现,它源于我们对物质世界最基本的观察和计数经验。我们通过反复的实践和观察,发现将一个独立的个体与另一个独立的个体放在一起时,总数总是会变成这两个个体分别计数时的总和。

为什么不能是“1+1=3”?

如果“1+1=3”,那意味着每次你把一个东西和另一个东西放在一起,结果都会变成三个。想想看,如果真的这样,我们日常生活中的计数就会完全混乱了。你买一个面包,再买一个面包,结果应该有“两个”面包,而不是“三个”。交通规则、建筑工程、经济交易……所有依赖于数量的活动都会崩溃。

数学的强大之处在于它的一致性(Consistency)和无矛盾性(Noncontradiction)。它建立在一套严密的逻辑规则之上,确保在任何情况下,基本的运算结果都是可预测和一致的。

数学家的严谨定义:皮亚诺公理(Peano Axioms)

虽然我们通过直观的例子理解了“1+1=2”,但数学家们为了让数学体系更加坚实,发展出了形式化的定义。其中,最著名的是用来定义自然数的皮亚诺公理。

这些公理用一种非常抽象和严谨的方式定义了自然数(0, 1, 2, 3...)和它们的性质。简化的理解是这样的:

1. 0是一个自然数。 (我们通常从0开始数,但有时也从1开始,这不影响核心逻辑)
2. 每一个自然数都有一个唯一的后继数。 (比如0的后继数是1,1的后继数是2,以此类推)
3. 0不是任何自然数的后继数。 (也就是说,没有哪个数加了之后会得到0)
4. 不同的自然数有不同的后继数。 (如果a的后继数等于b的后继数,那么a就等于b)
5. 数学归纳法公理: 如果一个性质对0成立,并且如果这个性质对任意自然数n成立,那么它也对n的后继数成立,那么这个性质就对所有的自然数都成立。

在这个体系里,“1”被定义为“0的后继数”,而“2”被定义为“1的后继数”。

加法(+)也被递归地定义了:

n + 0 = n (任何数加上0等于它本身)
n + S(m) = S(n + m) (这里S(m)代表m的后继数。也就是说,一个数n加上m的后继数,就等于n加m的结果的后继数。)

现在,让我们用这个来推导“1+1=2”:

我们知道,“1”是“0的后继数”,记作 S(0)。
我们知道,“2”是“1的后继数”,记作 S(1)。
我们要计算 1 + 1,也就是 S(0) + S(0)。

根据加法的第二个定义:n + S(m) = S(n + m)

令 n = S(0) (也就是1), m = 0。
那么 S(0) + S(0) = S( S(0) + 0 )

再根据加法的第一个定义:n + 0 = n
所以 S(0) + 0 = S(0)

把这个结果代回去:
S( S(0) + 0 ) = S( S(0) )

而 S(0) 是 1, S(S(0)) 就是 S(1),也就是 2。
所以,1 + 1 = 2。

总结一下:

“1+1=2”之所以成立,不是因为我们随意规定,而是基于:

1. 人类对客观世界的经验和观察: 我们通过数数发现的事实。
2. 抽象的数学定义和逻辑推理: 皮亚诺公理等为数字和加法提供了严谨的定义,在这个框架下,1+1必然等于2,不可能是别的。
3. 一致性和无矛盾性: 数学是一个自洽的体系,如果1+1不等于2,整个体系就会崩溃。

所以,当你说“1+1=2”时,你不仅仅是在说一个简单的加法算式,你是在引用一套由人类集体智慧构建的、描述数量关系最基础且最可靠的真理。它强大、普遍,并且是我们理解和改造世界的重要工具。

网友意见

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你只需要理解下面这一句话:

数学式子是一组规则自然导出的符号串,与现实中的例子毫无关系。

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