在前面儿的几期节目里头,我们介绍了乘方和开方的计算,学到这儿以后呀,初中阶段所涉及到的6种运算方式:加减乘除乘方开方,咱们就全学完了,不过,为了夯实基础,咱们还得要好好地回顾一下这些运算法则,看看他们之间存在哪些普遍的规律,又存在哪些不能触碰的禁忌。
首先我们要知道的是,一切算法全部都是从最简单的加法派生而来的,乘法的本质是多个相等的数儿相加,乘方呢,是多个相同的数相乘,这个无论是加法,乘法还是乘方,他们都属于正向的计算,因此呢,它们产生的结果,都只能在自然数里边驰骋,而不能带来新的数字类型。
其次,我们要知道的是,加法、乘法、乘方产生以后,就分别产生了自己的逆运算,那就是减法、除法和开方,同时呢?每一种运算法则,都产生了原来从未遇到的数字类型,减法产生了负数,除法产生了分数(或者说小数和循环小数),开方产生了无理数(或者说无限不循环小数儿)。同时,我们还要知道,在人类历史上,每一种数系的产生都经历了非常痛苦的历程。
然后,我们需要研究的就是这些算法之间的相似性,我们发现:乘法的交换律结合律和加法交换律结合律形式上完全一致;同底数幂相乘的规律,跟乘法的分配率极其相似;而且我们还需要知道,任何一种逆运算,都可以表达成正向运算的方式,比如,减法我们可以认为是加上一个负数,除法,我们可以认为是乘以一个倒数,开方,我们可以认为是一种指数是分数的计算,而且,一旦我们这么认为了,所有适合加法的运算规则,同样适合于减法,适合于乘法的运算规则,同样适合于除法,而适合乘方的运算规则,则同样适用于开方。
尤其精妙的是,指数的运算,让我们看到了,原来运算规则是可以简化降级的:在指数这样小小的位置上,也有着正负数,整数分数整个有理数的集合。居然也有着加减乘除的完整计算。其中,指数的加法对应着幂的乘法,减法对应着幂的除法,乘法对应着幂的乘方,除法对应着幂的开放,从乘、除、乘方、开方变成了加减乘除,整个计算的难度降低了一个级别。
这样高度的相似性,这样高妙的设计,不由不让我们发出感叹,整座数学大厦是多么的精巧,当然,这样精巧的结构,也很容易让我们产生错觉,误以为所有的运算顺序都是可以打乱的,误以为任何两个数字都是可以加减乘除的。因此,我们还特别要注意这些算法的禁忌:
首先是计算顺序的问题,在任何一个算式中,括号里的内容总是优先计算的,而且如果是多个括号,优先计算的是最里边儿的内容,排在括号之后的,是乘方和开方的运算,这两者之间优先级相同,其后是乘除法运算,最后是加减法。这样的运算顺序的优先级是绝对不可以随意打乱的,只有在同一优先级别的运算之间可以相互调整。
其次我们不能把适合于一类算法的规则错误的移植到其他计算中去,比如,我们看到了同底数幂相乘的规则很简单,就误以为,同底数幂相加的时候,也是可以底数不变,指数相加的,我们看到了分数相乘的时候分子乘分子,分母乘分母,就误以为分数相加的时候,是分子加分子,分母加分母,这样虽然形式上很美,但其结果却是错误的。所以我们要知道,数学的美,一定要建立在真实的基础上。一定要深刻的理解算法的本质,不能随心所欲的捏造一个规则出来。
最后,我们要知道,尽管运算规则有六种,但是绝不是每一种数字都能参与到计算中去,比如0不能做分母,0做底数时,指数只能做正数,负数不能开根号,开根号的结果也是正数,这些规则的存在,使我们在解题时要做出双向的判断,首先我们要根据题意,判断题目本身有意义的情况下,那些字母变量的取值范围,而后是在求解完成以后,还有根据可能的取值范围,再次进行判断,在判断时,正数、负数、0、整数、分数都是日常要考虑的。尤其是0的存在。
为了便于大家的理解和记忆,我曾经打了一个比方,说加减法是数字的老祖母0负责管理的,所以加减法可以任意交换,乘除法和乘方开放是数字的老祖父1负责管理的,所以乘除法乘方开方就能任意的调整。而且,我们还知道,所有的数字就其本质而言,都是一个算式,再学习无理数的时候,我们再次感受到了这样的规律,很明显,根号2哪里是一个数字,它分明只是说明了这是2在开根号吗?既然每个数字都是一个算式,所以与所有数字类型对应着的,也就有多个算式类型。与整数对应的有整式,与分数对应的有分式,与无理数对应的有根式,而且,因为每一种数字都有自己的加减乘除法则,所以,每种算式也有自己的加减乘除法则。
我们计算数字的目的,是为了得到最后的得数,计算代数表达式的目的,就是为了得到最简单的算式,什么是最简单的算式?就是计算步骤尽量少,数字尽量的小,计算规则尽量简单,比方说在ab+ac这个算式中,有两次乘法一次加法运损,先后一共有三次,如果我们按照乘法分配律,把它变成a(b+c),那么三次计算就变成了一次加法和一次乘法的两次计算,这样我们就可以认为算式得到了化简。同样,因为分式的计算比较复杂,所以我们才会要求根式化简的时候,根号里头没有分母,分母上面没有根式。
好,关于代数式的运算规则,我们就回顾到这里,其实讲到这里呀,我们应该回顾一下咱们整个初中代数的总进度了,我记得再讲代数知识架构的时候,我让大家花了一张图,一张什么图呢?由3列加减乘除组成的连线图。我说,整个初中代数就是算式子,我们要算什么式子呢,要算加式加加式,加式减加式,加式加减式,加式减减式等等,那么按照这个架构,我们现在学了多少东西了呢?假如你把我们新学的知识往上一挂你就会发现,咱们呐,已经学了一大半儿了。咱们刚学的乘方,它不就是乘式乘乘式吗?最后剩下的,就是加减式之间的相互乘除了!那么,有关这部分知识呢,我们下回再说。
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