加法逆元(相反数)

算术

jiā fǎ nì yuán (xiāng fǎn shù)

一个数的加法逆元是与它相加能得到零的那个数,即该数的相反数。

Formula

a + (-a) = 0
Visualization

Definition

一个数的加法逆元是它的相反数:与它相加能得到零的那个数。对任意实数 $a$,加法逆元为 $-a$,满足 $a + (-a) = 0$,它被用来定义减法,$a - b = a + (-b)$;加法逆元的加法逆元就是原数,$-(-a)=a$。在群 $(G,+)$ 中,$a$ 的加法逆元是唯一满足 $a + (-a) = 0$ 的元素 $-a$,其唯一性可这样说明:若 $a+b=0$ 且 $a+c=0$,则 $b = b+0 = b+(a+c) = (b+a)+c = 0+c = c$;映射 $a \to -a$ 是 $(G,+)$ 的一个群自同构(对合)。

Example

$6$ 的加法逆元是 $-6$,因为 $6+(-6)=0$;$-4$ 的加法逆元是 $4$。减去 $5$ 等同于加上它的加法逆元:$12 - 5 = 12 + (-5) = 7$。在 $\mathbb{R}^n$ 中,$(x_1,\ldots,x_n)$ 的加法逆元是 $(-x_1,\ldots,-x_n)$,在多项式环中,$p(x) = 3x^2 - x + 1$ 的加法逆元是 $-p(x) = -3x^2+x-1$。

Key Insight

每个数都恰好有一个加法逆元;它们成对出现,相加总能抵消为零,这正是负数上减法得以成立的原因,因为若没有加法逆元,你就无法在保持在原数系内的情况下用较小的数减去较大的数。加法逆元(负数)的存在,正是把群与幺半群、环与半环区分开来的性质:正整数构成一个没有加法逆元的半环,而整数构成一个环,这一扩张正是"发明负数"这一代数故事的核心。