Celé číslo

Technology

12 hours ago

Author

Celé číslo je základní matematický pojem, který označuje jeden způsob vyjádření čísel. Jedná se o čísla bez čárky a desetinné části, tedy o čísla, která mají hodnoty buď kladné nebo záporné a jsou označována symbolem Z. Celá čísla jsou vytvořena spojením přirozených čísel, nuly a opačného přirozeného čísla. Celá čísla se používají v různých matematických operacích, jako jsou sčítání, odčítání, násobení a dělení. Mají také různé vlastnosti, například symetrie vzhledem k nule a uzavřenost vzhledem k sčítání a odčítání. V matematice existuje mnoho dalších pojednání o celých číslech, jako je dělitelnost, největší společný dělitel a nejmenší společný násobek. Celá čísla mají široké uplatnění v různých oblastech, jako je fyzika, informatika nebo ekonomie. Jsou také důležitá pro pochopení matematických konceptů a při řešení různých problémů. Celá čísla jsou základem matematické teorie a lze je využít pro modelování a analýzu různých jevů a situací.

Celá čísla se skládají z přirozených čísel (1, 2, 3, …), nuly (0) a záporných celých čísel (−1, −2, −3, …). Množina celých čísel se v matematice většinou označuje Z, nebo \mathbb{Z}, podle Zahlen (německy čísla). Podobně jako přirozená čísla, tvoří celá čísla nekonečnou spočetnou množinu. Studiem celých čísel se zabývá teorie čísel.

Vlastnosti

Množina celých čísel Z je uzavřená na operaci sčítání a násobení, to znamená, že součet i součin dvou celých čísel je opět celé číslo. Navíc oproti přirozeným číslům je uzavřená i pro odčítání. +more Není však uzavřena pro dělení, neboť podíl dvou celých čísel už nemusí být celé číslo (např. 1/2).

Následující tabulka ukazuje základní vlastnosti násobení a sčítaní pro jakákoliv celá čísla a, b, c.

	sčítání	násobení
uzavřenost:	a + b je celé číslo	a × b je celé číslo
asociativita:	a + (b + c) = (a + b) + c	a × (b × c) = (a × b) × c
komutativita:	a + b = b + a	a × b = b × a
existence neutrálního prvku:	a + 0 = a	a × 1 = a
existence inverzního prvku:	a + (−a) = 0
distributivita:	a × (b + c) = (a × b) + (a × c)	a × (b + c) = (a × b) + (a × c)
Bez dělitelů nuly:		jestliže ab = 0, pak buď a = 0 nebo b = 0

V algebře tvoří Z s prvními pěti vlastnostmi uvedenými výše na operaci sčítání Abelovskou grupu. Grupa Z s operací sčítaní je cyklická, protože každý nenulový prvek může být vyjádřen konečným součtem (např. +more 1 + 1 + … + 1 nebo (−1) + (−1) + … + (−1)). Říkáme tedy, že grupa Z s operací sčítání je nekonečná cyklická grupa a tedy každá nekonečná cyklická grupa je isomorfní Z.

První čtyři vlastnosti uvedené výše s operací násobení říkají, že Z s touto operací je komutativní monoid. Ale ne každý prvek ze Z má inverzní prvek (ve smyslu násobení), prostě neexistuje takové celé číslo x, které by vyhovovalo rovnici 2x = 1. +more To znamená, že Z netvoří spolu s operací násobení grupu.

Všechny vlastnosti z tabulky, kromě poslední, dohromady s operacemi sčítání a násobení na Z tvoří komutativní okruh s jednotkou. Přidáním poslední vlastnosti získáme obor integrity nad Z.

Neexistence inverzních prvků vzhledem k násobení, neboli že Z není uzavřena na dělení, znamená, že Z není těleso. Nejmenším tělesem obsahujícím celá čísla je tedy těleso racionálních čísel. +more Podobně se dá definovat i podílové těleso jakéhokoliv oboru integrity.

Přestože běžné děleni není na Z definováno, neznamená to, že nemůžeme používat algoritmus dělení, ten říká: mějme dvě celá čísla a a b, kde b ≠ 0, pak existují právě dvě celá čísla q a r taková, že a = q × b + r a 0 ≤ r < |b|, kde |b| značí absolutní hodnotu b. Celé číslo q se nazývá kvocient a r se nazývá zbytek po dělení čísla a číslem b. +more To tvoří základ pro Eukleidův algoritmus k výpočtu největšího společného dělitele.

Konstrukce

Celá čísla mohou být zkonstruována z přirozených čísel definováním tříd ekvivalence dvojic čísel N×N s relací ekvivalence, „~“, kde : (a,b) \sim (c,d) \,\. právě tehdy, když :a+d = b+c. +more \,\.

Kdybychom brali 0 jako přirozené číslo, pak přirozená čísla můžeme považovat za čísla celá vnořením, které přirozenému číslu n přiřadí [(n,0)], kde [(a,b)] značí třídu ekvivalence, která obsahuje (a,b).

Sčítání a násobení celých čísel je definováno následovně: :[(a,b)]+[(c,d)] := [(a+c,b+d)]. \, :[(a,b)]\cdot[(c,d)] := [(ac+bd,ad+bc)]. +more\, Dá se lehce ověřit, že výsledek je nezávislý na volbě reprezentantů třídy ekvivalence.

Typicky, [(a,b)] je označení pro :\begin{cases} n, & \mbox{if } a \ge b \\ -n, & \mbox{if } a kde :n = |a-b|.\, Jestliže přirozená čísla přiřadíme k odpovídajícím celým číslům (použitím výše uvedeného vnoření), pak toto přiřazení je jednoznačné.

Příklady: :\begin{align} 0 &= [(0,0)] &= [(1,1)] &= \cdots & &= [(k,k)] \\ 1 &= [(1,0)] &= [(2,1)] &= \cdots & &= [(k+1,k)] \\ -1 &= [(0,1)] &= [(1,2)] &= \cdots & &= [(k,k+1)] \\ 2 &= [(2,0)] &= [(3,1)] &= \cdots & &= [(k+2,k)] \\ -2 &= [(0,2)] &= [(1,3)] &= \cdots & &= [(k,k+2)] \end{align}