减法

算术

jiǎn fǎ

减法是通过从一个数中去掉另一个数来求两数之差的算术运算。

Formula

a - b = \text{difference}
Visualization

Definition

减法是从一个数中去掉另一个数以求出差的运算,用减号(-)表示;它被定义为加上加法逆元,即 $a - b = a + (-b)$。与加法不同,减法一般既不满足交换律($a - b \neq b - a$)也不满足结合律($(a - b) - c \neq a - (b - c)$),在群论中它也不是基本运算:仅在减法下的整数并不构成群,这证实了加法而非减法才是最基本的运算。

Example

$9 - 4 = 5$:你有 $9$ 颗葡萄,吃掉 $4$ 颗,剩下 $5$ 颗。$5 - (-3) = 5 + 3 = 8$(减去一个负数等于加上它的相反数),而 $12 - 7 = 5$ 但 $7 - 12 = -5$,说明减法不满足交换律;同样,$(10 - 4) - 3 = 3$ 但 $10 - (4 - 3) = 9$,说明减法也不满足结合律。计算机中的补码运算把减法表示为"按位取反再加一"后的加法,正是利用了模 $2^n$ 整数的群结构,从而无需单独的减法电路。

Key Insight

减法回答的是"还剩多少?"或"一个比另一个多多少?"这样的问题;它是加法的逆运算。把它理解为"加上相反数"是关键所在,这使得它在负数上依然成立,并把它统一到任意群的结构中的加法之下,因为在任何环中 $a - b = a + (-b)$ 都是良定义的,而映射 $a \mapsto a - b$(减去固定的 $b$)是一个双射,在组合数学和数论中常被用来对集合进行平移。