De hecho, las fracciones tampoco se consideran naturales. Los números negativos y las fracciones no se consideran naturales porque no existen como números cardinales o como números naturales. Los números naturales y los números cardinales tienen ambos usos. Se utiliza un número natural para definir la cantidad de veces que realizó una acción de manera que se cumpla lo siguiente:
- Lo hiciste 0 veces si nunca lo hiciste
- Para cada x, lo hiciste x + 1 veces si antes de la última vez que lo hiciste, era correcto decir que lo hiciste x veces
Se utiliza un número cardinal para describir cuántos objetos hay en un conjunto.
Según el libro de texto de Real Analysis, dado el conjunto de todos los números reales, un número natural se define como un número real que satisface la propiedad de inducción, es decir, un número real tal que si un subconjunto de los números reales contiene 0 y por cada número que contiene, contiene ese número más 1, debe contener ese número. Esa definición resulta ser realmente una definición circular porque los números reales por definición se construyeron a partir de los números naturales como se describe en el artículo Construcción de los números reales. Por esa razón, el conjunto de números reales está definido por los axiomas de Peano. Se puede demostrar que la definición del conjunto de todos los números naturales como se describió anteriormente después de que el conjunto de números reales se define de esa manera da el mismo conjunto que el definido por los axiomas de Peano a partir del cual se construyeron los números reales. Las propiedades intuitivas de la suma y la multiplicación se demostraron en la construcción de los números reales.
También existe otro tipo de número, un número cardinal. Se definen dos conjuntos para tener la misma cardinalidad si hay una biyección de un conjunto a otro, y se usa un número cardinal para describir la cardinalidad de un conjunto con un número cardinal para cada cardinalidad. También definimos para cada número natural x, un conjunto que contiene elementos x si hay una biyección del conjunto de todos los números naturales ≥ 1 y ≤ x a ese conjunto. La suma de 2 números cardinales se define como la cardinalidad de la unión de 2 conjuntos disjuntos con las cardinalidades de cada uno de esos números. Para cualquier número cardinal x e y, x – y se define como una solución para z para la ecuación z + y = x si dicha solución existe y es única. Del mismo modo, x × y es la cardinalidad del conjunto de todos los pares ordenados de un conjunto de cardinalidad x y un conjunto de cardinalidad y y x ÷ y es una solución para z a la ecuación z × y = x si existe tal solución y es único.
Los números naturales son diferentes de los números cardinales, por lo que no se deduce fácilmente que puede haber a lo sumo un número natural tal que un conjunto contenga ese número de objetos. Resulta que hay una prueba de que solo puede haber un número natural de manera que un conjunto contenga ese número de objetos y es por eso que usamos números naturales como sinónimos de números cardinales. También se puede demostrar que para cualquier número natural x e y, la unión de dos conjuntos disjuntos que contienen objetos xy objetos y contiene objetos x + y, y hay pares ordenados x × y de un conjunto con x objetos y un conjunto con y objetos.
Conociendo ese resultado, es tentador definir un conjunto con -1 objetos para que sea uno de tal manera que la unión del mismo y un conjunto disjunto con 1 objeto tenga 0 objetos, y un conjunto con 1/2 objetos para ser un conjunto tal que la unión de la misma y un conjunto disjunto de la misma cardinalidad tiene 1 objeto. Supongamos que existe un conjunto con -1 objetos. Luego puede agregar un objeto para que tenga 0 objetos, pero no puede haber cero objetos porque agregó uno. Por lo tanto, un conjunto con -1 objetos no puede existir. Del mismo modo, suponga que existe un conjunto con 1/2 objetos, entonces tiene un objeto porque no contiene 0 objetos. Otro conjunto con 1/2 objetos disjuntos de él también tiene un objeto porque no tiene 0 objetos. Por lo tanto, su unión debe tener un subconjunto con 2 objetos que contradice el hecho de que su unión contiene 1 objeto. Por lo tanto, un conjunto con 1/2 objetos no puede existir.