Доведення:

Д ля доведення теореми використаємо означення добутку через суму однакових доданків, розглянувши три випадки: 1) b=0; 2) b=1; 3) b>1. Якщо b=0, то добуток а0 існує згідно з додатковим означенням: а0=0. Якщо b=1, то добуток а1 також існує згідно з додатковим означенням: а1=а. В обох випадках добутки єдині. Якщо b>1, то добуток існує і єдиний, бо існує і єдина сума а+а+а+...+а=аb. Теорему доведено.

b

Теорема 7 (переставний або комутативний закон множення): для будь-яких цілих невід’ємних чисел а і b справджується рівність аb=bа.

Теорема 8 (сполучний або асоціативний закон множення): для будь-яких цілих невід’ємних чисел а, b і с справджується рівність (аb)с=а(bс).

Доведення теорем 7 і 8 проводиться аналогічно до доведення теореми 9, а тому пропонуємо провести їх самостійно. Для доведення теорем 7 і 8 виконайте завдання № 3 для самостійної роботи. Наступна теорема 9 пов’язує операції додавання і множення.

Теорема 9 (лівий та правий дистрибутивні або розподільні закони множення відносно додавання): для будь-яких цілих невід’ємних чисел а, b і с справджуються рівності: 1) с(а+b)=са+сb; 2) (а+b)с=ас+bс.

Доведення:

Для доведення рівності 2 використаємо означення добутку через суму однакових доданків:

( а+b)с=(а+b)+(а+b)+(а+b)+...(а+b)=(а+а+а+...+а)+(b+b+b+...+b)=ас+bс

с с с

Отже, (а+b)с=ас+bс. Рівність (1) пропонуємо довести самостійно. Теорему доведено.

Прийняті нами означення суми і різниці можна поширити на множину цілих невід’ємних чисел, де Z₀=N₀=N{0}. Оскільки 1) А=А=А, то а+0=0+а=а; 2) А\=А, а тому а-0=а.

9. Визначення частки цілого невід’ємного числа на натуральне число через розбиття множини на класи, що попарно не перетинаються. Ділення на множині цілих невід’ємних чисел, зв'язок ділення з множенням. Теореми про існування та єдиність частки.

9. На практиці досить часто доводиться розв'язувати задачі таких двох видів: 1) дано скінченну множину А і її слід розбити на певне число еквівалентних між собою підмножин без спільних елементів, а потім визначити потужність кожної із цих підмножин. Такі задачі називають задачами на ділення на рівні частини; 2) дано власну підмножину В скінченної множини А і необхідно визначити скільки всіх підмножин без спільних елементів, еквівалентних множині В, має множина А. Такі задачі називають задачами на ділення на вміщення.

Таким чином, в обох випадках множина А повинна бути представлена у вигляді об'єднання скінченної кількості еквівалентних між собою множин: А=В₁В₂В₃...В_k, причому В₁В₂В₃...В_k. При розв'язування першої задачі (задачі на ділення на рівні частини) завдання полягає в тому, щоб визначити потужність кожної із еквівалентних підмножин. Розв'язування другої задачі (задачі на ділення на вміщення) зводиться до відшукання кількості таких еквівалентних між собою підмножин. Якщо перейти до характеристики потужності множини А і вказаних підмножин, тобто позначити n(А)=а, n(В₁)=n(В₂)=n(В₃)=...=n(В_k)=x, то ми приходимо до поняття нової арифметичної операції на множині цілих невід’ємних чисел, а саме до операції ділення на натуральне число. У першому випадку число а=n(А) слід представити у вигляді суми відомого числа b однакових доданків, кількість яких (х) необхідно знайти. При розв'язуванні другої задачі число а слід представити у вигляді суми невідомого числа (х) однакових доданків, кожен з яких дорівнює b. Символічно це можна записати в таблиці (див. таблицю № 3.1.).

а =х+х+х+...+х=хb b

а=b+b+b+...+b=bх х

Таблиця № 3.1.

Отже, розв'язування задачі на ділення на рівні частини зводиться до відшукання за відомим добутком і відомим другим множником невідомого першого множника, а задачі на ділення на вміщення – до відшукання за відомим добутком і відомим першим множником невідомого другого множника (див. таблицю № 3.1.). Обидві задачі розв'язуються дією, оберненою до дії множення, а саме: х=а:b.

Тепер можна ввести такі означення.

Означення 1: часткою натуральних чисел а і b називається число елементів кожної із еквівалентних підмножин, на які розбито множину А, де а=n(А) і b – число підмножин, на які розбито множину А.

Означення 2: часткою натуральних чисел а і b називається число еквівалентних підмножин, на які розбито множину А, де а=n(А) і b=n(В₁)=n(В₂)=n(В₃)=...=n(В_х).

Визначаючи частку натуральних чисел, ми використовували операцію розбиття множини на підмножини, які попарно не перетинаються. Разом з тим, ми показали, що в обох випадках приходимо до дії, оберненої до дії множення. Отже, можна ввести таке означення.

Означення 3: часткою від ділення натуральних чисел а і b називається таке третє натуральне число а:b, яке в добутку з числом b дає нам число а, тобто b(а:b)=а.

Число а називають діленим, число b – дільником, а число а:b – часткою. Операція, за допомогою якої знаходиться частка, називається операцією ділення на множині натуральних чисел. Зазначимо, що всі прийняті нами означення рівносильні між собою, але в жодному із них не говориться про існування та єдиність операції ділення. Саме тому, розглянемо це питання. Дія ділення зводиться до розв'язування лінійного рівняння bх=а. Із курсу математики середньої школи відомо, що це рівняння: 1) при а=b=0 набуває вигляду 0х=0 і має нескінченну множину розв’язків. Отже, вираз 0:0 не має жодного конкретного значення, тобто не має смислу. Саме тому, ділити на нуль не можна!; 2) при а=0 і b0 рівняння набуває вигляду bх=0 і має єдиний розв’язок х=0; 3) при а0 і b0 рівняння bх=а матиме розв’язок на множині натуральних чисел тоді, коли а ділиться націло на b. Для відповіді на запитання про існування частки слід довести наступну теорему.

Теорема 10 (про існування частки): частка цілого невід’ємного числа а на натуральне число b існує тоді і тільки тоді, коли а ділиться націло на b.