Lección
La teoría — Números negativos362 palabras
Un número negativo es el inverso aditivo de uno positivo: −a es el único número que al sumarse con a da 0. Todo lo demás sobre los negativos se deriva de esta única afirmación junto con las reglas aritméticas ordinarias, un hecho que queda demostrado en esta sección.
Qué significa cada símbolo
a- cualquier número, ya sea positivo o negativo. A la definición le da exactamente igual. Por este motivo
−(−3) = 3no necesita una regla aparte. −a- el inverso aditivo de a; no es «una a con un menos pintado», sino la respuesta a qué debes sumarle a a para no obtener nada.
0- el elemento neutro de la suma y el pilar de todo el razonamiento. Es el único número que deja a los demás intactos al sumarlos.
De dónde viene la fórmula
- Supón que la propiedad distributiva,
a(b + c) = ab + ac, se cumple para los negativos igual que para los positivos. Esta es nuestra única premisa. Se trata de una elección consciente: nos empeñamos en que al ampliar la recta numérica no deben romperse las reglas que ya obedecen los positivos. - Aplícala a
(−1)(1 + (−1)). El paréntesis vale 0. Como cualquier valor multiplicado por 0 da 0, toda la expresión equivale a 0. - Ahora desarrolla esa misma expresión por el otro camino posible:
(−1)(1) + (−1)(−1). Esto nos da−1 + (−1)(−1). - Ambas lecturas deben dar el mismo resultado, así que
−1 + (−1)(−1) = 0. Existe un único número que al sumarse con −1 da 0, y es +1. Nadie decidió esto. Sencillamente es el único valor que mantiene en pie la propiedad distributiva.
- Supone
- Que la aritmética de los negativos debe obedecer la misma propiedad distributiva que la de los positivos. Si renuncias a esto, puedes definir libremente que
(−1)(−1) = −1. Pero entonces(−3)((−3) + 1)equivaldrá a(−3)(−2) = −6, mientras que(−3)(−3) + (−3)(1)dará−9 + (−3) = −12. Las dos formas de interpretar una misma expresión dejan de coincidir. Ese es el precio a pagar. Por eso la regla de los signos no es una convención.
Problemas resueltos al detalle
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El aumento de temperatura de un congelador que se calienta de −18 °C a −4 °C 7 pasos
Un congelador está a −18 °C. Se calienta hasta los −4 °C. ¿Cuánto subió la temperatura y cuáles son las dos formas de equivocarse al calcularlo?
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La mayoría responde 14 y acierta, así que lo interesante es observar cómo son los caminos equivocados. Escribe el cambio como una resta normal: el valor nuevo menos el antiguo.
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Restar −18 significa sumar su opuesto, de modo que la operación es −4 + 18.
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Catorce grados. La respuesta incorrecta habitual es 22, y proviene de sumar las magnitudes como si ambas fuesen distancias a partir de la nada: 18 + 4. La recta dificulta cometer ese error, porque te permite ver que tanto el −18 como el −4 están en el mismo lado del cero.
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La otra respuesta incorrecta frecuente es −22, por tratar ambos signos como instrucciones para ir hacia la izquierda. Eso es confundir el signo del número con la operación, por lo que vale la pena separarlos explícitamente.
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Veamos ahora la misma pregunta en el sentido inverso. Enfriarlo desde −4 de vuelta a −18 equivale a un cambio de −14, pero la distancia sigue siendo 14. Distancia y cambio son magnitudes distintas, y solo una de ellas lleva signo.
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Esto cobra importancia justo en el momento de multiplicar los números. Duplicar un cambio de temperatura de −14 da −28. Es un solo giro y la lectura desciende todavía más. Reducirlo a la mitad nos da −7, lo cual sigue siendo un único giro. El negativo está en el cambio, no en el multiplicador.
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Y aquí la herramienta deja de ser suficiente. El doble de −18 °C no es −36 °C en ningún sentido físico, porque el cero Celsius es una convención más que una ausencia absoluta de calor. Multiplicar una temperatura por un número carece de sentido; multiplicar un cambio de temperatura por un número no presenta ningún problema. La aritmética no puede decirte con cuál de las dos cosas estás trabajando.
Respuesta
Una subida de 14 °C. Al escribirlo, −4 − (−18) = −4 + 18 = 14, y cada paso se corresponde con el mismo movimiento que dibuja la herramienta. Las dos respuestas erróneas habituales, 22 y −22, nacen de confundir el signo de un número con el sentido de una operación.
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De −3 a 5, y los dos números que están a 8 de distancia 6 pasos
Un buceador está 3 m bajo la superficie y una gaviota, 5 m por encima. Calcula la distancia entre ambos y decide después si esa distancia por sí sola te permitiría volver a colocar la gaviota.
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El primer impulso que hay que quitarse de encima es restar los tamaños. Cinco y tres, o sea dos.
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La resta en sí. El cambio es −8, que es lo que da la tarjeta del resultado, y la distancia es su tamaño, 8.
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Ocho porque el recorrido cruza el cero, así que las dos profundidades se suman en lugar de cancelarse. Siempre que los números están en lados opuestos del cero, la distancia es la suma de sus tamaños.
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En el mismo lado se restan. Un congelador que se calienta de −18 a −4 se mueve 14, que es 18 − 4. Una sola regla con dos caras, y lo que decide qué cara te toca es si el cero queda entre los números.
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Ahora lee al revés la tarjeta de la distancia. Dice 8, y 8 es todo lo que dice. Hay dos números a 8 de distancia de −3, y la ecuación que los encuentra tiene dos soluciones porque tomar el tamaño tiró un signo a la basura.
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Las dos respuestas siempre quedan una a cada lado del punto desde el que se midieron: su media es exactamente ese punto. Cada par de números tiene una distancia, y cada distancia tiene dos números detrás.
Respuesta
8 m. El buceador y la gaviota están en lados opuestos del cero, de modo que sus profundidades se suman en lugar de cancelarse. Lee ese mismo 8 al revés y no señala a la gaviota: el −11 está exactamente a la misma distancia de −3 que el 5, y la tarjeta de la distancia no puede distinguirlos, porque el signo se le fue al tomar el tamaño.
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Ruta de aprendizaje
Despejar la x, partiendo del signo menos
Referencias (1)
- A Fields Medallist on why the rule that looks like a convention is not one, and why it took so long to accept: D. Mumford, "What's so Baffling About Negative Numbers? — a Cross-Cultural Comparison." In Studies in the History of Indian Mathematics, Hindustan Book Agency, 2010, pp. 113–143.