Az összeadás ( összeadás [2] ) két argumentum (tag) egyik alapvető bináris matematikai művelete ( aritmetikai műveletei) , melynek eredménye egy új szám ( összeg ), amelyet úgy kapunk, hogy az első argumentum értékét növeljük az értékkel. a második érv. Vagyis a halmaz minden elempárjához hozzá van rendelve egy elem , az összeg és az . Ez az aritmetika négy elemi matematikai műveletének egyike . Prioritása a normál műveleti sorrendben megegyezik a kivonás prioritásával , de alacsonyabb, mint a hatványozás , gyökérkivonás , szorzás és osztás [3] . Írásban a kiegészítést általában pluszjellel jelölik : .
Az összeadás csak akkor lehetséges, ha mindkét argumentum ugyanahhoz az elemkészlethez tartozik (azonos típusú ). Tehát a jobb oldali képen a szócikk három almát és két almát együtt jelent, ami összesen öt almát ad. De nem adhat hozzá például 3 almát és 2 körtét.
A szisztematikus általánosítások segítségével az összeadás definiálható absztrakt mennyiségekre, például egészekre , racionális számokra , valós számokra és komplex számokra , valamint más absztrakt objektumokra, például vektorokra és mátrixokra .
Az összeadásnak számos fontos tulajdonsága van (például: ) (lásd Összegzés ):
A kis számok összeadása az egyik első olyan készség, amelyet a gyerekeknek általános iskolában tanítanak.
Különféle kiegészítő eszközök ismeretesek az ősi abakuszoktól a modern számítógépekig .
A kiegészítést a „+” pluszjellel írjuk a kifejezések közé; ezt a jelölési formát infix jelölésnek nevezzük . Az eredményt egyenlőségjellel írjuk fel . Például,
Számos esetben az összeadást feltételezik, de az összeadás szimbólumokat nem használjuk:
A kapcsolódó számok sorozatának összege a Σ szimbólummal írható fel, amely lehetővé teszi az iteráció kompakt felírását . Például,
Az addendumok számok vagy objektumok összeadva [7] .
A pluszjel "+" ( Unicode :U+002B; ASCII : +) az "és" jelentésű latin "et" szó leegyszerűsítése [8] . Ez a szimbólum először 1489-től található könyvekben [9]
Az összeadást számtalan fizikai folyamat modellezésére használják. Még a természetes számok egyszerű összeadásánál is sokféle értelmezés létezik, és még több módja van a vizuális ábrázolásnak.
Az összeadás talán legalapvetőbb értelmezése a halmazok kombinációja:
Ez az értelmezés könnyen vizualizálható, és a kétértelműség kockázata minimális. Nem világos azonban, hogyan magyarázzuk meg a tört vagy negatív számok összeadását az összeadás ezen értelmezésével [10] .
Az egyik lehetséges megoldás az lenne, ha egy könnyen elválasztható objektumhalmazra hivatkoznánk, például szeletekkel ellátott lepényekre vagy rudak [11] . A szegmenskészletek kombinálása helyett a rudak a végükön egymáshoz rögzíthetők, ami egy másik összeadási koncepciót illusztrál: nem a rudak adódnak össze, hanem a hosszuk.
A kiegészítés második értelmezése a kezdeti hossz kiterjesztése a hozzáadott hossz mértékével:
Az a + b összeg értelmezhető a és b bináris uniójaként algebrai értelemben, és úgy is értelmezhető, hogy az a számhoz b egyest adunk . Utóbbi értelmezésben az a + b összeg részei aszimmetrikus szerepet játszanak, és az a + b műveletet úgy tekintjük, mint amely a + b unáris műveletet alkalmazza az a számra [13] . Az unáris megközelítés lehetővé teszi, hogy továbblépjen a kivonásra , mivel minden unáris összeadási műveletnek van egy inverz unáris kivonási művelete, és fordítva.
A numerikus halmazokon végzett összeadási művelet a következő fő tulajdonságokkal rendelkezik:
Az összeadás kommutatív - az összeg nem változik a kifejezések helyének változásától (ezt a tulajdonságot az összeadás kommutatív törvényének is nevezik ): Vannak más kommutatív törvények: például létezik a szorzás kommutatív törvénye. Sok bináris művelet azonban , mint például a kivonás és az osztás, nem kommutatív.
Az összeadás asszociatív - ha három vagy több szám összeadása egymás után történik, a műveletek sorrendje nem számít ( az összeadás asszociatív törvénye ):
Az összeadás disztributív , ez két, ugyanazon a halmazon definiált bináris művelet konzisztencia tulajdonsága ( disztributív törvény ) [14] :
Ami az összeadást illeti, csak egy semleges elem van a halmazban , egy szám (nulla vagy semleges elem) összeadása az eredetivel megegyező számot ad:
Ezt a törvényt először Brahma átdolgozott traktátusában írták le, amelyet Brahmagupta írt 628-ban. Ezt a törvényt három különálló törvény formájában írta: egy negatív, pozitív és nulla számra , valamint e törvények leírására. szavakat használt, nem algebrai szimbólumokat. Később az indiai matematikusok finomították a fogalmakat; 840 körül Mahavira azt írta, hogy "nulla azzá válik, mint ami hozzá van adva", ami a 0 + a = a jelölésnek felel meg . A 12. században II. Bhaskara ezt írta: „Ha semmit nem adunk hozzá, vagy semmit nem vonnak ki, akkor a mennyiség, legyen az pozitív vagy negatív, ugyanaz marad, mint volt”, ami megfelel az a + 0 = a jelölésnek [ 15 ] .
Az ellenkező elemmel való összeadás a következőt kapja : [16]
Ráadásul az összeadás nem viszi az eredményt a megadott számkészleten kívülre, ezért az összeadás művelet alatt zárva vannak. Ezek a halmazok műveletekkel és gyűrűket alkotnak ( kommutatív gyűrűk azonossággal) [17] . Az általános algebra nyelvén az összeadás fenti tulajdonságai azt mondják, hogy az összeadás műveletét tekintve Abel- csoportok .
Az összeadási művelet egyfajta „ fekete dobozként ” ábrázolható, amelynek a bemenetén két és egy kimeneti kifejezés található – az összeg: [18] [19]
A két szám összeadásának feladatának gyakorlati megoldása során le kell redukálni egy egyszerűbb műveletsorra: "egyszerű összeadás" , átvitel, összehasonlítás stb. Ehhez különféle összeadási módszereket fejlesztettek ki, például számokhoz, törtekhez, vektorokhoz stb. Numerikus halmazokon a bitenkénti összeadás algoritmusát használják [20] . Ebben az esetben az összeadást eljárásnak kell tekinteni (nem művelettel).
Példaszerű algoritmus két szám bitenkénti összeadására [21]Amint látható, az eljárás meglehetősen bonyolult, viszonylag sok lépésből áll, és nagy számok hozzáadásakor hosszú ideig tarthat.
"Egyszerű összeadás" - ebben az összefüggésben egyjegyű számok összeadásának műveletét jelenti, amely egyszerűen növekményre csökkenthető . Egy növekményes hiperoperátor :
ahol az elvégzett növekvő műveletek sorrendje és időpontja.
Az 1980-as években megkezdett matematikai fejlesztési kutatások a megszokás jelenségét vizsgálták : a csecsemők hosszabb ideig néznek a váratlan helyzetekre [22] . Karen Winn 1992-es kísérlete Miki egér babákat használt , amelyeket különféle módon manipuláltak a képernyő mögött Ez a kísérlet kimutatta, hogy az 5 hónapos csecsemők azt várják , hogy 1 + 1 2, és meglepődnek, ha 1 + 1 az 1 vagy 3. Ezt az eredményt később más laboratóriumokban, különböző módszerekkel megerősítették [23] . Egy másik kísérlet 1992-ben idősebb, 18 és 35 hónap közötti kisgyermekekkel a gyermekek motorikus készségeinek fejlesztését használta, lehetővé téve számukra, hogy ping-pong labdákat vegyenek ki a dobozból; a fiatalabb srácok jól bírták a kis számú labdát, az idősebbek megtanulták az összeget 5-ig számolni [24] .
Még egyes állatok is képesek hajtogatni, különösen a főemlősök . Az 1995-ös kísérlet hasonló volt Winn 1992-es kísérletéhez, de babák helyett padlizsánt használtak . Kiderült, hogy a rhesus majmok és az ödipális tamarinok az emberi babákhoz hasonló képességeket mutatnak. Sőt, egy csimpánz , miután megtanították megkülönböztetni és megérteni a 0-tól 4-ig tartó arab számok jelentését , képes volt kiszámolni két szám összegét mindenféle képzés nélkül [25] . Később kiderült, hogy az ázsiai elefántok képesek elsajátítani az alapvető számtani műveleteket [26] .
Általában a gyerekek először tanulnak meg számolni . Ha olyan feladatot kapnak, amelyhez két tárgy és három tárgy kombinálása szükséges, a kisgyerekek konkrét tárgyakhoz fordulnak, például ujjszámlálási vagy rajzolási segítséghez. A tapasztalatszerzés során megtanulják vagy felfedezik a „számlálási” stratégiát: amikor meg kell találni, hogy mennyi lesz kettő plusz három, a gyerekek felsorolják a három után következő két számot, mondván: „három, négy, öt ”. (általában behajlítják az ujjaikat), és ennek eredményeként ötöt kapnak. Ez a stratégia szinte egyetemesnek tűnik; a gyerekek könnyen megtanulhatják társaiktól vagy tanáraiktól [27] . Sok gyerek maga jön erre. Egy kis tapasztalat felhalmozása után a gyerekek gyorsabban megtanulnak összeadni, az összeadás kommutativitását alkalmazva, a számokat az összeg legnagyobb számától kezdik felsorolni, mint a fentebb leírt esetben, háromtól kezdve, és felsorolva: „négy, öt ”. Végül a gyerekek elkezdenek felhasználni néhány tényt az összeadásról („ példák a fejből összeadásra ”), akár tapasztalatból tanulva, akár megjegyezve. Amikor bizonyos tények megragadnak az emlékezetben, a gyerekek elkezdenek levezetni az ismeretlen tényeket az ismert tényekből. Például egy gyermek, aki hatot és hetet ad össze, tudhatja, hogy 6 + 6 = 12, és ezért a 6 + 7 eggyel több, azaz 13 [28] . Ez a fajta következtetés meglehetősen gyorsan jön létre, és a legtöbb általános iskolás diák mindannak keverékére támaszkodik, amire emlékszik, és arra, amit le tud következtetni, ami végül lehetővé teszi számukra, hogy folyékonyan kiegészítsenek [29] .
A különböző országokban az egész számok és az aritmetika tanulmányozását különböző életkorban kezdik el, főként az összeadást tanítják az óvodai nevelési intézményekben [30] . Ugyanakkor szerte a világon az általános iskola első évének végére a diákok megtanulják az összeadást [31] .
Kiegészítő táblázatA gyerekeknek gyakran mutatnak egy táblázatot, amelyben 1-től 10-ig számpárokat adnak hozzá a jobb memorizálás érdekében.[ float kifejezés ] . A táblázat ismeretében bármilyen kiegészítést végezhet.
decimális összeadás táblázat+ | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 |
egy | egy | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz |
2 | 2 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy |
3 | 3 | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 |
négy | négy | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 |
5 | 5 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 | tizennégy |
6 | 6 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 | tizennégy | tizenöt |
7 | 7 | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 | tizennégy | tizenöt | 16 |
nyolc | nyolc | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 | tizennégy | tizenöt | 16 | 17 |
9 | 9 | tíz | tizenegy | 12 | 13 | tizennégy | tizenöt | 16 | 17 | tizennyolc |
A tizedesjegyek sikeres összeadásához emlékeznie kell vagy gyorsan meg kell tudnia jeleníteni a 100 „összeadás tényét (példáit)” az egyjegyű számokhoz. Mindezekre a tényekre emlékezhetünk, ha memorizáljuk őket, de a minták használatával történő összeadás tanulási stratégiái a legtöbb ember számára informatívabbak és hatékonyabbak: [32]
Ahogy nőnek a tanulók, egyre több tényt memorizálnak, és gyorsan megtanulnak belőlük más tényekre is következtetni. Sok diák nem jegyzi meg az összes tényt, de gyorsan le tud következtetni a szükségesre [29] .
ÁtadásA szabványos többjegyű összeadási algoritmusban[ áramvonalas kifejezés ] a hozzáadott számok bejegyzéseit alkotó számjegyek egymás alatt helyezkednek el. Végezze el a számok összeadását minden oszlopban külön-külön, jobbról kezdve. Ha egy oszlopban a számjegyek összege meghaladja a 10-et, a plusz számjegy „ átkerül ” a következő oszlopba (balra). Például összesen 27 + 59
¹ 27 +59 ———— 867 + 9 = 16, és az 1-es szám átkerül a következő oszlopba. Egy másik módszer szerint kezdje el az összeadást a bal oldali legjelentősebb számjegytől; ebben a stratégiában az átvitel valamivel durvább, de a hozzávetőleges összeget gyorsabban kapjuk meg. Sok más átviteli mód is létezik.
Tizedesjegyek hozzáadásaA decimális összeadás módszere a fent leírt többjegyű összeadás egyszerű módosítása [33] . Ha oszlopot adunk hozzá, a törteket úgy rendezzük el, hogy a vesszőket[ stílus ] pontosan egymás alatt voltak. Ha szükséges, nullákat adhatunk a rövidebb tört jobb és bal oldalához (lásd a záró nullát és a kezdő nullákat ), hogy az egyenlő legyen a hosszabb törttel. Tehát az összeadás ugyanúgy történik, mint a fent leírt többjegyű számok összeadásának módszerénél, csak a vessző található a válaszban pontosan ott, ahol a kifejezéseknél volt.
Például a 45,1 + 4,34 összeg a következőképpen számítható ki:
45, 10 + 0 4 , 3 4 ————————————— 4 9 , 4 4 Exponenciális jelölésAz exponenciális jelölésben a számokat a következőképpen írjuk fel , ahol a mantissza , a szám jellemzője és a számrendszer alapja . Két exponenciális formában írt szám összeadásához azonos tulajdonságokkal kell rendelkezniük: az eloszlási tulajdonság szerint.
Például:
Különleges eset a több nagyságrenddel eltérő számok összeadása szekvenciális kerekítéssel. Ha , akkor ezeknek a számoknak a hibái összehasonlíthatatlanok lesznek ( ), és az összeadás végrehajtásakor egy nagyobb hiba elnyeli a kisebbet. Így az asszociativitási tulajdonság sérülhet.
Tekintsük például a kifejezést : ha először hajtjuk végre az eredményt, az eredmény kerekítése után azt kapjuk , hogy tovább adjuk, van , és ha az összeadás más sorrendben történik, akkor: . Így a pontatlan kerekítés ugyanannak a kifejezésnek különböző értékeit eredményezheti.
Más bázisú számok összeadása megegyezik a decimális rendszerben történő összeadással
Példaként tekintsük az összeadást a bináris rendszerben [34] . Két egyjegyű bináris szám hozzáadása a hordozással meglehetősen egyszerű:
0 + 0 → 0 0 + 1 → 1 1 + 0 → 1 1 + 1 → 0, 1 átkerül (mert 1 + 1 = 2 = 0 + (1 × 2 1 ))Két „1” összege „0”-val egyenlő, és az 1-et hozzá kell adni a következő oszlophoz. Ez a helyzet hasonló ahhoz, ami a decimális rendszerben történik, amikor bizonyos egyjegyű számokat összeadunk; ha az eredmény egyenlő vagy nagyobb, mint az alapérték (10), a bal oldali számjegyek növekednek:
5 + 5 → 0, vigyél magaddal 1-et (mert 5 + 5 = 10 = 0 + (1 × 10 1 )) 7 + 9 → 6, vigyél magaddal 1-et (mert 7 + 9 = 16 = 6 + (1 × 10 1 ))Ezt a műveletet "átvitelnek" [35] nevezik . Ha az összeadás eredménye meghaladja az értékek és a hely tartományát , a rendszer alapjával osztva (vagyis 10-zel) balra kell "átvinni" a többletet, hozzáadva a érték a következő helyen. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a következő számjegyben szereplő érték többszöröse (a -edik számrendszerben), mint az aktuális számjegyben. A bináris bevitel ugyanúgy működik, mint a decimálisban:
1 1 1 1 1 (átadás) 0 1 1 0 1 + 1 0 1 1 1 —————————————— 1 0 0 1 0 0 = 36Ez a példa két számot ad hozzá: 01101 2 (13 10 ) és 10111 2 (23 10 ). A felső sor az átvitel jelenlétét jelzi. A jobb oldali oszlopból kezdjük az összeadást: 1 + 1 = 10 2 . Itt az 1 balra kerül, és a 0 az alsó sorban. Most a jobbról második oszlopban lévő számokat összeadjuk: 1 + 0 + 1 = 10 2 ; 1 átkerül, és 0 kerül az alsó sorba. Harmadik oszlop: 1 + 1 + 1 = 11 2 . Ebben az esetben az 1-et az alsó sorban viszik. Ennek eredményeként 100100 2 -t kapunk (vagy tizedesjegyben 36-ot).
Az analóg számítógépek közvetlenül a fizikai mennyiségekkel dolgoznak, így összeadási mechanizmusuk a kifejezések típusától függ. A mechanikus összeadó két kifejezést jelenthet csúszóblokkok pozíciójaként, ebben az esetben ezek hozzáadhatók egy átlagoló kar segítségével . Ha a kifejezések két tengely forgási sebessége formájában vannak megadva , akkor differenciálművel összeadhatók . Egy hidraulikus összeadó hozzáadhatja a nyomást a két kamrában, Newton második törvénye alapján a dugattyúegységre ható erők kiegyenlítésére . A legjellemzőbb analóg számítógépes alkalmazás két feszültség összeadása (a testhez viszonyítva ); ez nagyjából egy ellenállás - áramkörrel valósítható meg , a továbbfejlesztett változat pedig műveleti erősítőt használ [36] .
Az összeadási művelet alapvető egy személyi számítógépben . Az összeadási művelet teljesítménye, és különösen az átviteli mechanizmussal kapcsolatos korlátozások befolyásolják a számítógép általános teljesítményét.
Az abakusz , más néven számlálótábla, egy számolóeszköz, amelyet sok évszázaddal a modern számrendszer elfogadása előtt használtak, és még mindig széles körben használják Ázsiában , Afrikában és más kontinenseken a kereskedők, kereskedők és hivatalnokok; feltételezik, hogy az abakuszt legkésőbb ie 2700-2300-ban hozták létre. e., akkor a sumérok használták [37] .
Blaise Pascal 1642-ben találta fel a mechanikus számológépet [38] [39] ; ez volt az első működő hozzáadógép . Ebben a számológépben az átviteli mechanizmus a gravitáció miatt történt. Ez volt az egyetlen működő számológép a 17. században [40] és a legelső automatikus digitális számítógép. Pascal adagológépét az átviteli mechanizmusa korlátozta, amely csak egy irányba tette lehetővé a kerekek elfordulását és így egymásra rakódását. A kivonáshoz a felhasználónak egy második számjegykészletet kellett használnia az eredmény megjelenítéséhez, és összeadási módszereket kellett használnia , amelyek ugyanannyi lépést tartalmaztak, mint az összeadás. Giovanni Poleni folytatta Pascal munkáját a második működőképes mechanikus számológép megépítésével 1709-ben. Ennek a számológépnek a számlapja fából készült, és a felszerelés után automatikusan képes volt két számot összeszorozni.
Az összeadók egész számok összeadását hajtják végre elektronikus digitális számítógépekben, általában bináris aritmetikával . A legegyszerűbb struktúra hullámhordozó összeadót használ (az összeadólánc előző összeadójának átvitele a következő összeadóhoz), amely lehetővé teszi többbites számok összeadását. Kisebb javulást jelent a skip-carry adder , amely az emberi intuícióhoz hasonlóan működik; nem hajtja végre az összes átvitelt a 999 + 1 összegben, megkerüli a kilences csoportot, és közvetlenül a válaszra ugrik [41] .
A gyakorlatban az összeadás végrehajtható a modulo two összeadással és az ÉS művelettel kombinálva más bitenkénti műveletekkel, amint az alább látható. Mindkét művelet egyszerűen megvalósítható összeadók láncaiban , amelyek viszont összetettebb logikai műveletekké kombinálhatók . A modern digitális számítógépekben az egész számok összeadása, valamint az egész számok egyéb aritmetikai utasításai a leggyorsabb műveletek közé tartoznak, ugyanakkor óriási hatással vannak a számítógép teljesítményére, mivel az egész számokkal végzett műveletek teszik ki az összes művelet jelentős részét. számításokat. Az egész számok összeadását például olyan feladatoknál használják, mint például címek generálása a memóriaelérés során és utasítások lekérése egy bizonyos végrehajtási sorrendben . A sebesség növelése érdekében a modern számítógépek párhuzamosan számítják ki az értékeket számjegyekben ; az ilyen sémákat átviteli mintavételezésnek, átviteli várakozásnak és pszeudotranszfernek nevezik egy Ling összeadóban . A legtöbb esetben az összeadás számítógépen való megvalósítása az utolsó három konstrukció hibridje [42] [43] . A papíralapú kiegészítéssel ellentétben a számítógépes kiegészítés gyakran megváltoztatja a feltételeket. Egy ősi abakuszon és egy összeadási táblán az összeadási művelet során mindkét kifejezés megsemmisült, csak az összeg maradt meg. Az abakusz befolyása a matematikai gondolkodásra olyan nagy volt, hogy a korai latin szövegekben gyakran elhangzott, hogy a „szám a számhoz” összeadás során mindkét szám eltűnik [44] . Visszatérve a jelenre, megjegyezzük, hogy a mikroprocesszor ADD utasítása az első tag értékét az összeggel helyettesíti, a második tag változatlan marad [45] . Magas szintű programozási nyelvben az a + b kiértékelése nem változtat sem a, sem b -n ; ha az a feladat, hogy az összeget a -ba írjuk , akkor ezt kifejezetten meg kell adni, általában az a = a + b kifejezéssel . Egyes programozási nyelvekben , mint például a C vagy C++ , ez a += b -re rövidül .
// Iteratív algoritmus int add ( int x , int y ){ int carry = 0 ; while ( y != 0 ){ carry = ÉS ( x , y ); // Logikai ÉS x = XOR ( x , y ); // Logikai XOR y = carry << 1 ; // bal oldali biteltolódás eggyel átvitel } return x ; } // Rekurzív algoritmus int add ( int x , int y ){ return x if ( y == 0 ) else add ( XOR ( x , y ) , AND ( x , y ) << 1 ); }Számítógépen, ha egy összeadás eredménye túl nagy ahhoz, hogy eltároljuk, aritmetikai túlcsordulás történik , ami helytelen választ vagy kivételt eredményez a program végrehajtása során. A programozási hibák meglehetősen gyakori oka a váratlan aritmetikai túlcsordulás . Az ilyen túlcsordulási hibákat nehéz lehet észlelni és diagnosztizálni, mert csak nagyon nagy bemeneti adatkészletek esetén fordulhatnak elő, amelyeket nem gyakran használnak a tesztekben [46] . A valós számok hozzáadása a modern számítógépeken, mint minden lebegőpontos számítás , hardverben valósul meg egy speciális modulban, amelyet matematikai társprocesszornak neveznek (a név feltételes, mivel a modern számítógépekben fizikailag integrálva van a központi processzorba ). A lebegőpontos összeadás is túlcsordulhat, de mindig kivételt jelent , és nem marad észrevétlen.
A lebegőpontos számítógépes számítások másik fontos jellemzője a valós szám ábrázolásának korlátozott pontossága, amellyel kapcsolatban a számítógépen a lebegőpontos számításokat általában hozzávetőlegesen hajtják végre, és a számítások eredményeire (beleértve a közteseket is) a kerekítési műveletet alkalmazzák . A kerekítést általában még azokra a számokra is alkalmazzák, amelyeket a tizedes számrendszerben véges tört, azaz pontosan (mivel a leggyakoribb számítógépek kettes számrendszert használnak ). Ebben a tekintetben a lebegőpontos számok számítógépen történő összeadásakor az összeg általában a kifejezések összegzési sorrendjétől függ - néha jelentősen, ha a kifejezések sorrendje jelentősen eltér. E körülmény miatt a nagyszámú kifejezés összegzését használó programok írásakor speciális, a hiba csökkentését célzó intézkedésekhez kell folyamodni. Az egyik leghatékonyabb módszer az összegzési hiba csökkentésére a Kahan algoritmus .
Az összeadás alapvető tulajdonságainak bemutatásához először el kell döntenie a kontextust. Az összeadást eredetileg természetes számokra határozták meg . Az összeadás nagyobb és nagyobb halmazokhoz van definiálva, beleértve a természetes számokat is: egész számok , racionális számok és valós számok [47] . (A matematika oktatásban [48] a pozitív törtek összeadása megelőzi a negatív számok összeadását [49] .)
Használjuk a természetes számok definícióját véges halmazok ekvivalenciaosztályaiként . Jelöljük zárójelek segítségével bijekciókkal generált véges halmazok ekvivalencia osztályait: . Ekkor az „összeadás” aritmetikai művelet a következőképpen definiálható:
hol van a halmazok diszjunkt uniója . 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 . Ezt a számozási folyamatot " számlálásnak " hívják [50] [ check link (már 506 nap) ] . Így a "számla" egy-egy megfeleltetés megállapítása a halmaz elemei és a természetes számsorok egy szegmense között [51] .
Ha természetes számokat szeretne hozzáadni a számok pozíciójelöléséhez , bitenkénti összeadási algoritmust használunk. Adott két természetes szám , és így:
ahol: ;
- a számjegyek száma ; - a kategória (pozíció) sorszáma, ; - a számrendszer alapja; numerikus karakterek (számjegyek) halmaza, egy meghatározott számrendszer: , , ;akkor:
apránként hozzáadva a következőket kapjuk:
Így az összeadási művelet az egyjegyű számok szekvenciális egyszerű összeadásának eljárására redukálódik , szükség esetén egy átviteli egység kialakításával, amelyet vagy táblázatos módszerrel vagy növeléssel (számlálással) hajtunk végre.
A számokkal végzett aritmetikai műveleteket bármely pozíciós számrendszerben ugyanazok a szabályok szerint hajtják végre, mint a decimális rendszerben , mivel mindegyik a megfelelő polinomokra vonatkozó műveletek végrehajtásának szabályain alapul [52] . Ebben az esetben a számrendszer adott alapjának megfelelő összeadási táblázatot kell használni.
Példa természetes számok összeadására bináris, decimális és hexadecimális számrendszerben, a kényelem kedvéért a számokat a számjegyeknek megfelelően egymás alá írjuk, a hordozóegységet felül írjuk, a hiányzó számjegyeket nullákkal töltjük ki:
Egy másik híres definíció rekurzív:
Ennek a meghatározásnak különböző változatai vannak a szakirodalomban. A rekurziós tételben[ ismeretlen kifejezés ] egy N 2 pózon pontosan a fent megadott definíciót használjuk. [54] . Másrészt egyes források előszeretettel használják a korlátozott rekurziós tételt, amely csak a természetes számok halmazára vonatkozik. Egyesek azt javasolják, hogy ideiglenesen "rögzítsék" az a -t úgy, hogy a b -re kurválják az " a +" függvényt , és beillesztik ezeket az unáris műveleteket minden a -hoz, hogy egy teljes bináris műveletet alkossanak [55] .
Az összeadásnak ezt a rekurzív definícióját Dedekind már 1854-ben megadta, és a következő évtizedekben kiterjesztette [56] . Dedekind matematikai indukció segítségével bizonyította az asszociativitás és a kommutativitás tulajdonságait.
Az egész számok halmaza a természetes számok halmazának kiterjesztése , amelyet a formájú [57] 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 természetes számokhoz képest az a különbség, hogy a negatív számok a számegyenesen ellenkező irányba mutatnak, ez némileg megváltoztatja az összeadási eljárást. Figyelembe kell venni a számok kölcsönös irányát, itt több eset lehetséges:
Az egész számok halmazának egy másik konstrukciója Grothendieck csoportokon alapul . A fő gondolat az, hogy minden egész szám ábrázolható (többféleképpen) két természetes szám különbségeként, így egy egész számot két természetes szám különbségeként definiálhatunk . Ezután a hozzáadást a következőképpen határozzuk meg:
A racionális számok halmazát jelöljük (az angol "private" hányadosból ), és a következő formában írható fel:
Ha racionális számokat szeretne hozzáadni a következő alak közönséges (vagy egyszerű) törtjeihez , akkor azokat át kell alakítani (hozni) közös (azonos) nevezővé . Például vegyük a nevezők szorzatát, miközben a számlálókat megszorozzuk a megfelelő nevezőkkel. Ezután adja össze a kapott számlálókat, és a nevezők szorzata közös lesz.
Ha két olyan racionális szám van megadva , hogy: (redukálhatatlan törtek), akkor:
[60]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.
Kiegészítési példa:
Ha mindkét tört nevezője azonos, akkor:
Ha a nevezők bármely szám többszörösei, akkor csak egy törtet alakítunk át:
A racionális számok „összeadás” aritmetikai művelete zárt műveletekre vonatkozik. A racionális számok összeadásának kommutativitása és asszociativitása az egész számtani törvények következménye [61] . A szigorúbb és általánosabb meghatározásért lásd a törtek cikkmezőt .
A fizikai mennyiségek összeadása hasonló módon történik: közös mértékegységekkel fejezik ki [62] . Például 50 milliliter és 1,5 liter hozzáadásához a millilitereket literekre kell konvertálni, és a törteket közös nevezőre kell hozni:
liter.
A valós számokkal végzett, végtelen tizedes törtként ábrázolható aritmetikai műveletek a racionális számokra vonatkozó megfelelő műveletek folytonos folytatásaként [63] vannak definiálva .
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 összege a sorozatok és a sorozatok összege által meghatározott szám :
;
valós szám , teljesíti a következő feltételt:
.
Így két valós szám összege és olyan valós szám , amely egyrészt a forma összes összege, másrészt az űrlap összes összege között található [64] .
Gyakorlatilag ahhoz, hogy két és számot összeadhassunk , ezeket a kívánt pontossággal helyettesíteni kell közelítő racionális számokkal és . A számok összegének hozzávetőleges értékéhez vegyük a megadott racionális számok összegét . Ugyanakkor nem mindegy, hogy a felvett racionális számok melyik oldalról (hiány vagy többlet alapján) közelítenek és . Az összeadás a bitenkénti összeadás algoritmusa szerint történik.
Közelítő számok összeadásakor az abszolút hibáik összeadódnak , egy szám abszolút hibáját a szám utolsó számjegyének felével vesszük. Az összeg relatív hibája a kifejezések 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.
Összeadási példa , legfeljebb 3 tizedesjegyig:
A valós számok halmazán az összeadási függvény grafikonja olyan sík alakú, amely átmegy a koordináták origóján, és a tengelyekhez képest 45°-os szögfokkal dől . Mivel , akkor ezeknél a halmazoknál az összeadási függvény értékei ehhez a síkhoz fognak tartozni. [65]
A komplex számokat a valós és a képzetes rész összeadásával adjuk össze [66] . Ez azt jelenti:
Ahol:, egy képzeletbeli egység . A komplex számok komplex síkon pontként való ábrázolását felhasználva a komplex számok összeadásánál a következő geometriai értelmezést adjuk: a komplex számok és a komplex számok összege , amelyet a komplex síkon lévő pontok képviselnek, pont Egy olyan paralelogramma megszerkesztésével, amelynek három csúcsa az O , A és B pontokban található . Vagy azt is mondhatjuk, hogy C olyan pont, amelyben az OAB és a CBA háromszögek egybevágóak .
Hasonlóan a hiperkomplex számokhoz (n-edik dimenziójú komplex számokhoz): [67]
Különböző halmazokhoz tartozó számok összeadásakor (ha lehetséges) egy kisebb teljesítményű halmazt egy nagyobb teljesítményű halmaz részhalmazaként kell ábrázolni, vagy meg kell keresni a "legkisebb közös halmazt". Például, ha hozzá kell adni egy természetes számot a racionális számmal , akkor azzal a ténnyel, hogy a természetes számok a racionális számok részhalmazai, a számot racionálisnak ábrázoljuk, és hozzáadunk két racionális számot . Hasonlóképpen, kihasználva azt a tényt, hogy: , különböző halmazokból adhat hozzá számokat egymáshoz. Visszatérve az almás példához, használjuk azt a tényt, hogy az alma és a körte halmaz a gyümölcskészlet részhalmazai: , és így hozzáadhatunk 3 almát és 2 körtét, a gyümölcskészlet részhalmazaiként ábrázolva őket: gyümölcs_alma gyümölcs_körte gyümölcs.
Számos bináris művelet létezik, amelyeket valós számok összeadásának általánosításaként lehet felfogni. Az ilyen általánosított műveletek az általános algebra fő vizsgálati tárgyai, előfordulnak a halmazelméletben és a kategóriaelméletben is .
A vektortér egy algebrai struktúra, amelyben bármely két vektor összeadható , és bármely vektor megszorozható egy számmal. A vektortér egyszerű példája az összes rendezett valós számpár halmaza; a rendezett pár egy vektor, amely az euklideszi sík egy pontjából indul ki és egy pontban végződik (és minden vele párhuzamos ). Két vektor összegét a megfelelő koordináták összeadásával kapjuk meg: . Ez az összeadási művelet központi szerepet játszik a klasszikus mechanikában , amelyben a vektorokat az erők analógjaként kezelik .
Mátrix összeadásA mátrixösszeadás két azonos méretű mátrixra van definiálva. Két m × n A és B mátrix összege (ezt „m- szer n”-ben ejtjük), A + B -ként felírva egy m × n mátrix , amelyet a megfelelő elemek összeadásával kapunk [68] [69] :
Például:
A maradék aritmetikaA 12-vel való osztás maradékainak halmaza tizenkét elemből áll; ez a halmaz örökli az egész számok összeadásának műveletét. A modulo 2 maradékok halmazának csak két eleme van; az általa örökölt összeadási műveletet a propozíciós logika " kizáró vagy " műveletként ismeri. A geometriában két szögmérték összegét gyakran modulo 2π valós számok összegeként definiálják. Egy ilyen meghatározás megfelel az összeadás műveletének egy körön , ami viszont általánosít egy többdimenziós tóruszon végzett összeadás műveletére .
Általános kiegészítésAz absztrakt algebra általános elméletében az "összeadás" művelete bármilyen asszociatív és kommutatív műveletnek nevezhető . Az ilyen összeadási műveletekkel rendelkező fő algebrai rendszerek közé tartoznak a kommutatív monoidok és az Abel-csoportok .
A természetes számok összeadásának általánosítása a sorszámok és a kardinális számok összeadása a halmazelméletben. Ezek a műveletek a természetes számok transzfinit esethez való hozzáadásának két különböző általánosítása . A legtöbb összeadási művelettel ellentétben az ordinális összeadás nem kommutatív. A kardinális számok összeadása azonban egy kommutatív művelet, amely szorosan kapcsolódik a diszjunktív unió művelethez .
A kategóriaelméletben a diszjunkt uniót a koprodukciós művelet speciális eseteként kezelik , és az általános koszorzatok talán a legelvontabbak az összeadási művelet összes általánosítása közül. Egyes társtermékek, mint például a közvetlen összeg és az ékösszeg , azért vannak elnevezve, hogy jelezzék kapcsolatukat az összeadási művelettel.
Az összeadás, valamint a kivonás, szorzás és osztás az alapműveletek egyike, és az elemi aritmetikában használatos.
A kivonás az összeadás műveletének speciális eseteként fogható fel, nevezetesen az ellentétes szám összeadásaként . Maga a kivonás az összeadás egyfajta inverz művelete, vagyis az x összeadás és az x kivonás kölcsönösen inverz függvények .
Egy olyan számhalmazon, amelyen az összeadás művelete definiálva van, nem mindig lehet meghatározni a kivonás műveletét; egyszerű példa a természetes számok halmaza. Másrészt a kivonás művelete egyértelműen meghatározza az összeadás és az additív egység műveletét; ezért additív csoportként olyan halmazt definiálhatunk, amely a kivonás művelete alatt zárt [70] .
A szorzás felfogható többszöri összeadásként . Ha egy x tag n -szer szerepel egy összegben , akkor ez az összeg egyenlő n és x szorzatával . Ha n nem természetes szám , a szorzatnak még mindig van értelme; például -1 -gyel megszorozva az ellenkező számot kapjuk .
Valós vagy komplex számok összeadása és szorzása felcserélhető az exponenciális függvény segítségével :
e a + b = e a e b [71] .Ez az azonosság lehetővé teszi a szorzást logaritmustáblázatok és kézi összeadás használatával ; lehetővé teszi a szorzást is a diaszabály segítségével . Ez a képlet egyben jó elsőrendű közelítés a Lie-csoportok tág kontextusában , ahol egy Lie-csoport végtelen kicsi elemeinek szorzását a megfelelő Lie-algebrában lévő vektorok összeadásával hozza összefüggésbe [72] .
A szorzásnak még több általánosítása van, mint az összeadásnak [73] . Általában a szorzási műveletek mindig elosztóak az összeadás tekintetében. Ezt a követelményt a gyűrű meghatározása tartalmazza . Egyes esetekben, mint például egész számok esetén, a szorzásnak az összeadáshoz viszonyított megoszlása és a szorzási azonosság megléte elegendő a szorzás műveletének egyedi meghatározásához. Az elosztó tulajdonság az összeadást is jellemzi; Az (1 + 1)( a + b ) szorzatban lévő zárójeleket kétféleképpen bővítve arra a következtetésre jutunk, hogy az összeadásnak kommutatívnak kell lennie. Emiatt a gyűrűben az összeadás mindig kommutatív [74] .
Az osztás az összeadáshoz távoli kapcsolatban álló aritmetikai művelet. Mivel a / b = a ( b −1 ), az osztás helyes disztributív az összeadás tekintetében: ( a + b ) / c = a / c + b / c [75] . Az osztás azonban nem marad disztributív az összeadás tekintetében; 1/ (2 + 2) nem egyenlő 1/2 + 1/2-vel.
A „max ( a , b )” maximális művelet az összeadáshoz hasonló bináris művelet. Valójában, ha két nemnegatív a és b szám különböző sorrendű , akkor összegük megközelítőleg egyenlő a maximumukkal. Ez a közelítés rendkívül hasznos a matematikai alkalmazásokban, például a Taylor-sor csonkításánál . Ez a művelet azonban állandó nehézségeket okoz a numerikus elemzésben , mivel a maximalizálás művelete nem visszafordítható. Ha b sokkal nagyobb, mint a , akkor a szokásos ( a + b ) − b számítás egy elfogadhatatlan kerekítési hiba felhalmozódásához vezethet , esetleg nulla eredményt kaphat. Lásd még: underflow .
Ez a közelítés akkor válik pontossá, amikor átlépünk a végtelen határig[ meghatározza ] ; ha az a és b számok bármelyike sarkalatos szám , akkor ezek kardinális összege pontosan egyenlő a kettő közül a nagyobbval [77] . Ennek megfelelően a kivonási művelet nincs definiálva a végtelen számú halmazokra [78] .
A maximum megtalálása kommutatív és asszociatív művelet, akárcsak az összeadás. Ezen túlmenően, mivel az összeadás megőrzi a valós számok sorrendjét, az összeadás ugyanúgy elosztó a maximalizálási függvényre, mint a szorzás az összeadásra:
a + max ( b , c ) = max ( a + b , a + c ).Ezen okokból kifolyólag a trópusi geometriában a szorzást az összeadás, az összeadást pedig a maximum megtalálásával helyettesíti. Ebben az összefüggésben az összeadást "trópusi szorzásnak", a maximum megtalálását "trópusi összeadásnak", a trópusi "additív egységet" negatív végtelennek nevezik [79] . Egyes szerzők szívesebben helyettesítik az összeadást a minimalizálással; ebben az esetben az additív egység a pozitív végtelen [80] .
Ezeket a megfigyeléseket kombinálva a trópusi összeadás a logaritmus segítségével közelíti a közönséges összeadást:
log ( a + b ) ≈ max ( log a , log b ),amely a logaritmus alapjának növekedésével pontosabbá válik [81] . A közelítés pontossá válhat, ha kiemeljük a kvantummechanika Planck -állandójával analógiával elnevezett h konstanst [82] , és felvesszük a "klasszikus határt" , amelynél h nullára hajlik:
Ebben az értelemben a maximum megtalálásának művelete az összeadás dekvantálása [83] .
A növekmény vagy a Follow függvény alkalmazása 1 -et ad egy számhoz.
Az összegzés tetszőleges számú, általában kettőnél több szám összeadása. Ennek a fogalomnak sajátos esetei egy szám összegzése (az összegzés eredménye magával a számmal egyenlő), valamint az üres összeg , amely nullával egyenlő [84] . A végtelen összegzés egy nem triviális eljárás, amely egy sorozat összegének megállapításaként ismert [85] .
Egy identitásfüggvény összegzése egy véges halmazra ugyanazt az eredményt adja, mint ennek a halmaznak az elemeinek megszámlálása .
Az integráció egyfajta "összeadás" egy kontinuumban , pontosabban és általánosabban, egy sima sokaságon . A nulla dimenzió halmazán történő integráció összegzésre redukálódik.
A lineáris kombinációk kombinálják a szorzást és az összegzést; ezek olyan összegek, amelyekben minden tagnak van egy tényezője, általában valós vagy komplex szám . A lineáris kombinációk különösen hasznosak olyan helyzetekben, ahol az egyszerű összeadás sértené néhány normalizálási szabályt, például keverési stratégiák esetén a játékelméletben vagy szuperpozíciós állapotok esetén a kvantummechanikában .
A konvolúciót két független valószínűségi változó hozzáadására használjuk adott eloszlásfüggvényekhez . A konvolúció standard definíciója integrálást, kivonást és szorzást használ. Általában helyénvaló a konvolúciót "tartomány-összeadásnak", a vektorösszeadást pedig "tartomány-összeadásnak" tekinteni.
Szótárak és enciklopédiák |
|
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
|