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加减法 乘除法 幂数 指数 对数 无理数 实数

乘法、除法、有理数


1. 乘法(multiplication)

在加法的运算中,常出现同一数字多次相加的情况。比如,如下矩形中,每一个小方格 的面积为1,现在要计算整个矩形的面积,

这相当于数出所有小方格的数目。为了快速计算,人们引进乘法运算,比如, \[ 6 + 6 + 6 = 3\times 6 \] 更一般地, \[\begin{equation}\label{def_multipl} a \times b \triangleq \quad \stackrel{a\text{个}b\text{相加}} {\overbrace{b+\cdots+b}} \end{equation}\]

乘法的交换律

\[a\times b = b\times a\]


2. 除法(division)

乘法的逆运算

\[4 \times x = 12\] 除法,是如上式中,求解未知数 x 值的运算。也即,已知 4 乘以一个数等于 12,那么, 这个被乘的数字是多少? 为了便于表示,我们写作, \[x = 12 ÷ 4 \] 这就是我们所熟悉的除法。一般地,用下式子表示除法, \[\begin{equation}\label{division} a ÷ b \end{equation}\] \[a \text{ divide } b\]

比例数

除法公式中,如果出现对于任何整数 n,\(a \ne n\times b\), 比如 \[1 ÷ 3\] 我们记作 \[1 ÷ 3 = \frac{1}{3}\] 计算结果为 \(\frac{1}{3}\)三分之一(one third); 一般地, \[a ÷ b\] 我们记作 \[a ÷ b = \frac{a}{b}\] 并统称\(\frac{a}{b}\)比例数(rational number)。 因为,数学知识很多是翻译自西方,rational number 在中文里被直译成有理数。 所以,比例数和有理数是同一个英文词汇 rational number 的两个中文翻译,指代对象一致。现在,部分人觉得翻译成比例数更加贴切。使用哪一种称谓,随读者愿意。

提醒

定义完加减法后,我们的数字从自然数拓展到整数。如今,定义完乘除法后,我们的数字 也要从整数拓展到比例数(也叫有理数)。

  • 基于整数,定义乘法,乘法的结果,也属于整数。
  • 基于整数,定义除法,除法的结果,却不一定属于整数。

针对减法结果不属于整数的情况,我们引进了:

  • 比例数 \(\frac{a}{b}\)

有了除法后,我们的数字,从原来的整数(integer numbers) \[\cdots, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, \cdots\] 扩展到比例数(rational numbers) \[\cdots,-\frac{3}{2}, -\frac{2}{2}, \cdots, -\frac{1}{3}, -\frac{1}{2}, 0, \frac{1}{2}, \frac{1}{3}, \cdots, \frac{2}{2}, \frac{3}{2}, \cdots\]