0 (מספר)

תבנית:מספר שלם אפס הוא המספר השלם שבא לפני 1 ואחרי 1−. אפס הוא המספר הסודר הקטן ביותר, וכמציין כמות הוא מתייחס למספר האיברים בקבוצה הריקה.

היסטוריה של האפס

בשיטת הסימון הרומית אין סימון מיוחד לאפס, והוא מבוטא בהיעדר כל סימון. המחסור בסימן מיוחד עבור האפס עיכב את התפתחותה של שיטת הסימון העשרונית, המקובלת היום.

הסימון 0

מקורה של הקצאת סימן מיוחד לאפס בהודו בשנת 628, בכתב היד בראהמספהוטסידהאנטה. במקורו נקרא האפס "סוּניה" – מילה הינדית שפירושה "ריק" – ה-0 ייצג את העמודה הריקה בחשבונייה. ההכרה באפשרות לסמן עמודה ריקה איפשרה להודים להמציא את השיטה העשרונית, שבה האפס מבדיל בין מספר כגון שלושים ואחת (31) ושלושת-אלפים ועשר (3010). כ-200 שנים אחר כך, סימנו הערבים את הספרה הזו באמצעות עיגול ריק וקראו לו "סיפְר" (שוב, מילה שפירושה "ריק"). עם הזמן הפך ה"סיפר" הערבי ל-"zero" המערבי, וכך הוא נקרא עד היום.

מן ההודים הגיע האפס לכתביו של המתמטיקאי והפילוסוף הפרסי בן המאה התשיעית, אל ח'ואריזמי, ורק במאה ה-11 הגיע דרך אנדלוסיה לאירופה. בתפקיד דומה מופיע האפס גם בתרבויות אמריקאיות קדומות, כמו זו של בני המאיה.

ההופעה הראשונה של הספרה "אפס" במערב הייתה בספריו של פיבונאצ'י. בשנת 1202 פרסם את ספרו ספר החשבונייה (Liber abbaci), שתרם להפצת השימוש בספרות הערביות בעולם המערבי (שם השתמשו בספרות רומיות), ואשר הכיל חידושים רבים.

בעברית

בימי הביניים השתמשו המתמטיקאים היהודים במילה סיפרא לציון האפס, אך הראשון שכתב על המושג אפס בעברית היה רבי אברהם אבן עזרא (1089/1092–1167) בספרו "ספר המספר", שכינה את האפס גלגל: תבנית:ציטוט בדורות המאוחרים יותר, לא היה שם מקובל למספר אפס. רבי עשהאל יהודה מה טוב בספרו "כיסאות לבית דוד" (ורונה, ה'ת"ט, 1649)תבנית:הערה קורא לאפס בשם הארוך: תבנית:ציטוטון, ורבי אליהו צאהלין בספרו "מלאכת מחשבת" (זאלקווא, תקי"ח, 1757) כתב: תבנית:ציטוטון.

המילה העברית 'אפס' במובן של "אַיִן" מופיעה כבר בתנ"ך, כמו בפסוק "ויאמר המלך, האפס עוד איש לבית שאול, ואעשה עמו, חסד אלוהים" (תבנית:תנ"ך) או במשמעות של מילה נרדפת ל"אך" כמו בפסוק "אפס כי עז" (תבנית:תנ"ך). הפעם הראשונה שהשתמשו במילה אפס לציון המספר, היה בספר לימוד של דוד פריזנהויזן שנקרא "כליל החשבון" שנדפס בברלין בשנת תקנ"ז (1796), ומאז התקבל שם זה בתפוצות העם.

האפס במתמטיקה

מלבד תפקידו של הסימן לספרת האפס בשיטות הספירה הפוזיציוניות, למספר אפס יש תפקידים רבים במתמטיקה. במספרים הסודרים, הקבוצה הריקה משמשת בסיס לבניית המספרים הטבעיים, באמצעות ההגדרות $0=\varphi ,1=\{\varphi \},2=\{\varphi ,\{\varphi \}\},\dots$. מספרים אלה מצטרפים לכדי מערכת פאנו של המספרים הטבעיים במערכת האקסיומות של צרמלו-פרנקל. בדומה לזה, אפס הוא העוצמה של הקבוצה הריקה.

במערכות אלגבריות כמו שדות או חוגים, ובפרט במספרים הרציונליים ובמספרים השלמים, איבר האפס הוא האיבר הנייטרלי ביחס לחיבור (איבר האפס), כלומר, האיבר z המקיים את התנאי $a+z=a$ לכל a. באנליזה מפריד האפס בין שני סוגי מספרים: כל מספר גדול ממנו הוא מספר חיובי, וכל מספר קטן ממנו הוא מספר שלילי, כך שלמעשה 0 אינו מוגדר כשלילי או כחיובי.

פעולות באפס

מתכונת הנייטרליות של המספר אפס נובעת ההרסנות של האפס בכפל: $a\cdot 0=0$. משום כך לא ניתן להגדיר את ההפכי של אפס כמספר ממשי: אילו היינו מסכימים ש- $b=\frac{1}{0}$ הוא מספר ממשי, היה צריך להתקיים $1=b\cdot 0=0$, וזה בלתי אפשרי. בהקשרים אחרים (גאומטריים ואנליטיים) אפשר להסכים שהחילוק באפס מניב אינסוף ($\frac{1}{0}=\mathrm{\infty }$); הוספת האינסוף למערכת המספרים מקלקלת את מרבית התכונות שלה, ולכן מקובל יותר לומר שהחילוק באפס אינו מוגדר.

לפיכך, התוצאה של חילוק אפס באפס אינה מוגדרת, משום שכל מספר מקיים את התנאי $a\cdot 0=0$ הנדרש מתוצאת הפעולה. באנליזה של סדרות ממשיות אפשר לחקור את הגבול של תהליך שבו מתקרבים המונה והמכנה לאפס בעת ובעונה אחת. דוגמה אחת לתהליך כזה היא הגבול של sin(x)/x; קל למצוא דוגמאות שבהן מתקבל כל ערך שהוא, לרבות כל מספר ממשי, אפס, אינסוף, מינוס אינסוף, או אפילו הגבול איננו קיים כלל כגון $\frac{(-1/2{)}^n}{(1/2{)}^n}$.

מוסכם כי ערכה של מכפלה ריקה (שאין בה גורמים כלל) הוא 1, משום שהוספת קבוצה ריקה של גורמים למכפלה אחרת אינה משנה את ערכה, בדיוק כמו הכפל ב-1. משום כך נקבע כי $x^0=1$ לכל מספר שונה מאפס x, וקביעה זו עקבית עם כללי החזקות הרגילים, כגון $a^{b+c}=a^b\cdot a^c$. לעומת זאת, משמעות הביטוי $0^0$ תלויה בהקשר. בקומבינטוריקה נוח להגדיר את ערך הביטוי כ-1 (בהתאם להגדרת החזקה של עוצמות בתור העוצמה של קבוצת פונקציות מתאימה), ובאנליזה הביטוי בדרך-כלל אינו מוגדר (משום שלכל מספר חיובי, $x^0=1$, בעוד ש- $0^x=0$).

מאותן סיבות נקבע כי ערכה של פונקציית העצרת של אפס הוא 1 ($0!=1$). הסדר הריק (שאינו כולל אף מרכיב) הוא הדרך היחידה לסדר את אברי הקבוצה הריקה.

ראו גם

• הזוגיות של אפס

לקריאה נוספת

• צ'ארלס זייף, אפס – ביוגרפיה של רעיון מסוכן, מי-אן, 2003

קישורים חיצוניים

• תבנית:MathWorld
• תבנית:הקלטה חיים שפירא, מהפכת המספר אפס, האוניברסיטה המשודרת, גלי צה"ל, 21 ביוני 2015
• תבנית:הארץ
• יעקב עציון, על האפס, באתר השפה העברית
• How india gave us the zero מאתר ה-BBC
• תבנית:הארץ
• תבנית:דוידסון
• תבנית:דף שער בספרייה הלאומית
• תבנית:הארץ