A kivonás (redukció) két argumentum (redukált és kivont) egyik segéd bináris matematikai művelete ( aritmetikai művelet) , amelynek eredménye egy új szám (különbség) [1] , amelyet az első argumentum értékének csökkentésével kapunk a második argumentum értéke. Egy betűn általában mínuszjellel jelölik : . A kivonás az összeadás fordított művelete .
Általánosságban a következőket írhatjuk: , hol és . Vagyis a halmaz minden elempárjához hozzá van rendelve egy elem , az úgynevezett különbség és . A kivonás csak akkor lehetséges, ha mindkét argumentum ugyanahhoz az elemkészlethez tartozik (azonos típusú).
Negatív számok jelenlétében célszerű a kivonást (és definiálást) egyfajta összeadásnak - összeadásnak tekinteni negatív számmal [2] . Például kiegészítésnek tekinthető: .
A valós számok halmazán az összeadási függvény tartománya grafikusan az origón áthaladó, a tengelyekhez képest 45°-os szögben dőlt sík alakú .
A kivonásnak számos fontos tulajdonsága van (például: ):
Antikommutativitás : Nem asszociativitás: Eloszlás : A kivonás ( nulla elem ) az eredetivel megegyező számot ad:Példaként a jobb oldali képen a bejegyzés azt jelenti, hogy öt alma kivonja két almát, ami három almát eredményez. Vegye figyelembe, hogy 5 almából nem vonhat le például 2 körtét. Az almák számolása mellett a kivonás más fizikai és absztrakt mennyiségek különbségét is képviselheti, mint például: negatív számok , törtszámok , vektorok , függvények és mások.
A kivonást a mínusz jellel írják : " " az argumentumok közé, ezt a jelölési formát infix jelölésnek nevezik . Ebben az összefüggésben a mínusz szimbólum egy bináris operátor . Az eredményt a " " egyenlőségjellel írjuk , például:
; ("hat mínusz három egyenlő három"); ("hatvannégy mínusz harmincöt egyenlő huszonkilenc").Írásban a mínusz szimbólum nagyon hasonlít más írott karakterekhez , például kötőjelekhez , kötőjelekhez és másokhoz. Gondosan elemezze a kifejezést, hogy ne legyen téves értelmezése a szimbólumnak.
A numerikus halmazokon végzett kivonási műveletnek a következő főbb tulajdonságai vannak:
A kivonás eredménye nem mindig biztos a természetes számok halmazánál : ahhoz, hogy a kivonás eredményeként természetes számot kapjunk, a minuendnek nagyobbnak kell lennie, mint a kivonási számnak. A természetes számok keretein belül nem lehet nagyobb számot kivonni egy kisebb számból.
A halmazokon definiált számok kivonásának művelete ugyanahhoz a halmazhoz tartozó számot (különbséget) ad, ezért a kivonási művelet zárt műveletekre vonatkozik (olyan műveletekre, amelyek adott számhalmazból nem származnak eredményt), azaz a számok gyűrűket alkotnak a kivonási művelethez képest.
A kivonási művelet egyfajta " fekete dobozként " ábrázolható, amelynek bemenetén a minuend és a kivonás, a kimeneten pedig egy - a különbség:
A két szám kivonási feladatának gyakorlati megoldása során le kell redukálni egy egyszerűbb műveletsorra: „egyszerű kivonás”, kölcsönzés , összehasonlítás stb. Erre különféle kivonási módszereket fejlesztettek ki, pl. számok, törtek, vektorok stb. A természetes számok halmazán jelenleg a bitenkénti kivonás algoritmusa használatos. Ebben az esetben a kivonást eljárásnak kell tekinteni (nem a művelettel).
Egy közelítő algoritmus két szám bitenkénti kivonásáraMint látható, az eljárás meglehetősen bonyolult, viszonylag sok lépésből áll, és nagy számok kivonása esetén ez sokáig tarthat.
"Egyszerű kivonás" - ebben az összefüggésben a húsznál kisebb számok kivonásának műveletét jelenti, amely könnyen csökkenthető . Csökkenő hiperoperátor :
ahol: az egyszer végrehajtott növelő műveletek sorozata ; — az egyszer
végrehajtott csökkentési művelet sorrendje .
A kivonási folyamat egyszerűsítése és felgyorsítása érdekében az „egyszerű kivonás” táblázatos módszerét használják, ehhez a 18-tól 0-ig terjedő számkülönbségek összes kombinációját előre kiszámítják, és a kész eredményt ebből a táblázatból veszik [5] :
decimális kivonási táblázat- | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 | tizennégy | tizenöt | 16 | 17 | tizennyolc |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
egy | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
2 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
3 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
négy | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
5 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
6 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
7 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
nyolc | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | |||||||||
9 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 |
Ez az eljárás természetes és egész (előjelhez kötött) számok kivonására alkalmazható . Más számokhoz bonyolultabb algoritmusokat használnak.
Használjuk a természetes számok definícióját véges halmazok ekvivalenciaosztályaiként . Jelöljük zárójelek segítségével bijekciókkal generált véges halmazok ekvivalencia osztályait: . Ekkor a "kivonás" aritmetikai művelet a következőképpen definiálható:
hol van a halmazok különbsége . Ez az osztályokon végzett művelet helyesen kerül bevezetésre, vagyis nem függ az osztályelemek megválasztásától, és egybeesik az induktív definícióval.
Egy véges halmaz egy az egyhez leképezése egy szegmensre felfogható a halmaz elemeinek felsorolásaként . Ennek a számozási folyamatnak a neve "COUNT". Így a „számla” egy-egy megfeleltetés létrehozása egy halmaz elemei és a természetes számsorok szegmense között.
A természetes számok kivonásához a számok helymeghatározásában bitenkénti kivonási algoritmust használnak. Adott két természetes szám , és így:
hol ; - a számjegyek száma ; - a kategória (pozíció) sorszáma, ; - a számrendszer alapja; numerikus karakterek (számjegyek) halmaza, meghatározott számrendszer: , , ; akkor:
apránként kivonva a következőket kapjuk:
Így a kivonási művelet a természetes számok szekvenciális egyszerű kivonásának eljárására redukálódik , szükség esetén kölcsön képzésével, amelyet vagy táblázatos módszerrel vagy dekrementálással (számlálással) hajtunk végre.
A számokkal végzett aritmetikai műveletek bármely pozíciós számrendszerben ugyanazok a szabályok szerint történnek, mint a decimális rendszerben , mivel mindegyik a megfelelő polinomokra vonatkozó műveletek végrehajtásának szabályain alapul . Ebben az esetben a számrendszer adott alapjának megfelelő kivonási táblázatot kell használni.
Példa természetes számok kivonására bináris , decimális és hexadecimális számrendszerben, a kényelem kedvéért a számokat a számjegyeknek megfelelően egymás alá írjuk, felül a kölcsön jelét, a hiányzó számjegyeket nullákkal töltjük ki:
Az egész számok halmaza a természetes számok halmazának kiterjesztése , amelyet a [6] alakú negatív számok összeadásával kapunk . Az egész számok halmazát jelöljük. Az egész számokkal végzett aritmetikai műveletek a természetes számokra vonatkozó megfelelő műveletek folyamatos folytatásaként definiálhatók.
A negatív számok jelenléte lehetővé teszi számunkra, hogy a "kivonást" egyfajta "összeadásnak" tekintsük (és határozzuk meg) - negatív számmal való összeadásnak . A „kivonást” azonban e cikk keretein belül egész számok halmazán meghatározott műveletnek fogjuk tekinteni, ez vonatkozik a következő numerikus halmazokra is. A természetes számokhoz képest az a különbség, hogy a negatív számok a számegyenesen ellenkező irányba mutatnak, ez némileg megváltoztatja a kivonási eljárást. Figyelembe kell venni a számok kölcsönös irányát, itt több eset lehetséges:
Itt és lent a bitenkénti kivonás (összeadás) algoritmus is használatos. Vegyük például a következő kifejezést: ; mivel a és számok különböző előjelűek, a mínuszt zárójelbe tesszük: , tovább számolva azt a választ kapjuk: .
A racionális számok halmazát jelöljük (az angol "private" hányadosból ), és a következő formában írható fel:
Ha a racionális számokat a következő alak közönséges (vagy egyszerű) törtjeiből szeretnénk kivonni : , azokat át kell alakítani (hozni) közös (azonos) nevezővé . Például vegyük a nevezők szorzatát, miközben a számlálókat megszorozzuk a megfelelő nevezőkkel. Ezután vonjuk ki a kapott számlálókat, és a nevezők szorzata közös lesz.
Ha két racionális számot adunk meg úgy , hogy: (nem redukálható törtek), akkor:
[7]Vagy megtalálhatja a nevezők legkisebb közös többszörösét (LCM). Eljárás:
Ezt követően mindkét tört nevezője azonos (egyenlő ). Ez számos egyszerű esetben leegyszerűsíti a számításokat, nagy számok esetén viszont sokkal bonyolultabbá válik a számítás. Felveheti, mint bármely más közös többszöröst.
Példa a kivonásra:
Ha mindkét tört nevezője azonos, akkor:
Ha a nevezők bármely szám többszörösei, akkor csak egy törtet alakítunk át:
A "kivonás" aritmetikai művelet a racionális számok felett zárt műveletekre vonatkozik.
A végtelen tizedes törtekkel ábrázolt valós számokkal végzett aritmetikai műveleteket a racionális számokra vonatkozó megfelelő műveletek folytonos folytatásaként [8] definiáljuk .
Adott két valós szám, amelyek végtelen tizedesjegyekkel ábrázolhatók :
,A racionális számok alapvető sorozatai határozzák meg (amely kielégíti a Cauchy-feltételt ), és a következőképpen jelöljük: és , akkor ezek különbsége az és a sorozatok különbsége által meghatározott szám :
;
valós szám , teljesíti a következő feltételt:
.
Így két valós szám különbsége olyan valós szám , amely egyrészt az összes formakülönbség, másrészt az összes formakülönbség között benne van [9] .
A gyakorlatban ahhoz, hogy két és számot le lehessen vonni , a szükséges pontossággal helyettesíteni kell őket közelítő racionális számokkal és . A számok különbségének közelítő értékéhez vegyük a feltüntetett racionális számok különbségét . Ugyanakkor nem mindegy, hogy a felvett racionális számok melyik oldalról (hiány vagy többlet alapján) közelítenek és . Az összeadás a bitenkénti összeadás algoritmusa szerint történik.
A hozzávetőleges számok kivonásakor az abszolút hibáik összeadódnak , egy szám abszolút hibáját a szám utolsó számjegyének felével vesszük. A különbség relatív hibája az érvek relatív hibáinak legnagyobb és legkisebb értéke között van; a gyakorlatban a legnagyobb értéket veszik fel . A kapott eredményt felkerekítjük az első helyes számjegyre, a közelítő szám jelentős számjegye akkor helyes, ha a szám abszolút hibája nem haladja meg az ehhez a számjegyhez tartozó számjegyegység felét.
Példa kivonásra , legfeljebb 3 tizedesjegyig:
A valós számok halmazán a kivonási függvény tartománya grafikusan az origón áthaladó és a tengelyekhez képest 45°-os szögben dőlt sík alakú .
Mivel , akkor ezeknél a halmazoknál a kivonási függvény tartománya ehhez a síkhoz fog tartozni.
Az aritmetikai műveleteket tartalmazó komplex számok halmaza egy mező , és általában a szimbólummal jelöljük .
A komplex számokat a valós és a képzetes rész kivonásával vonjuk ki egymásból [10] . Ez azt jelenti:
Ahol: , a képzeletbeli egység . Ha a komplex számokat vektorként ábrázoljuk a komplex síkon , akkor a komplex számok kivonására a következő geometriai értelmezést adjuk: a komplex számok és a komplex számok különbsége , amelyet a komplex síkon vektorok ábrázolnak, egy vektor lesz, amely összeköti a komplex számok végeit. a redukált vektor és a kivonandó és a kivontból a redukáltba irányítandó vektor, ez a különbségvektor és ennek megfelelően a komplex számok különbsége (hasonló lesz, ha a redukálthoz hozzáadjuk a vektor inverzét a kivont vektorhoz vektor).
Hasonlóképpen n-edik dimenziójú komplex számok esetén :
Az exponenciális jelölésben a számokat a következőképpen írjuk fel , ahol a mantissza , a szám jellemzője és a számrendszer alapja . Két exponenciális formában felírt szám kivonásához azonos jellemzőkkel kell rendelkezniük: az eloszlási tulajdonság szerint.
Például:
A különböző halmazokhoz tartozó számok kivonásakor a kisebb teljesítményű halmazból a nagyobb teljesítményű halmazból származó szám irányába kell bővíteni, vagy mindkét számot bővíteni a halmazok kiegyenlítéséig, ha van ilyen lehetőség. Például, ha ki kell vonni egy természetes számot egy racionális számból , akkor abból a tényből kiindulva, hogy a természetes számok a racionális számok részhalmazai, a természetes számot racionális számmá bővítjük, és kivonunk két racionális számot . Hasonlóképpen, azzal a ténnyel, hogy: kivonhat számokat különböző halmazokból egymás között.
A gyakorlat azt mutatja, hogy könnyebb megtanítani az iskolásokat a számok közötti különbség kiszámítására, mint megtanítani őket eldönteni, hogy egy adott feladatban a kivonási művelet alkalmazható-e. Ennek az az oka, hogy a kivonás, ellentétben például az összeadással, nem kommutatív művelet, argumentumai más-más szerepet töltenek be, a kivonási feladatok helyzetei, amelyeket a tanulónak meg kell oldania, lényegesen változatosabbak, mint az összeadásnál. Ebben a tekintetben azoknak a gyerekeknek, akik egyfajta kivonási feladatot oldottak meg, nehéz lehet más típusú kivonási feladatot megoldani, még azonos számadatokkal is. A gyermekkel dolgozó tanárnak gondoskodnia kell arról, hogy tanítványa magabiztosnak érezze magát, és megoldást találjon a következő típusú kivonási problémákra:
Feladattípusok | Feladatpéldák |
Feladatok a kezdeti összeg csökkenéséhez (kiadáshoz) vezető cselekvés vagy folyamat eredményének megtalálására | Vasyának 5 almája volt, ebből 3-at kiosztott a barátainak. Hány almája maradt? |
Feladatok számok és értékek összehasonlítására, a különbség, többlet, többlet megtalálására | A maximális sebesség az úton 60 km/h. Egy autó halad rajta 85 km/h sebességgel. Mennyivel lépi túl a sofőr a megengedett sebességet? |
Intervallummérési feladatok - időbeli és térbeli (az előző típusú feladatok speciális eseteként) | Az iskolában az órák 13:05-kor érnek véget. Most 10 óra 42 perc van. Mennyi idő van még az órák végéig? |
Feladatok a sokaság ismeretlen részének (térfogat) megtalálásához az ismert rész kiegészítéseként. | 25 tanuló van az osztályban. Közülük kettő vörös hajú, nyolc gesztenye hajú, hatan szőke, a többiek barnák. Hány barna van az osztályban? |
Problémák az összeadási művelet megfordításával kapcsolatban. Az első operandus helyreállítása | Masha 25 rubelt tett a malacperselybe, és összesen 583 rubel volt. Mennyi pénze volt Másának előtte? |
Problémák az összeadási művelet megfordításával kapcsolatban. A második operandus helyreállítása | Egy toll ára 20 rubel, egy toll és jegyzettömb 50 rubelbe kerül. Mennyibe kerül egy jegyzettömb? |
A kivonás műveletének megfordításának problémái. A második operandus helyreállítása (kivonva) | 16 varjú ült egy fán. Több varjú elrepült, de 5 maradt. Hány varjú repült el? |