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第3章 乘除與四則次序

本章小節
  1. 3.1 乘法先說清楚哪個是組數
  2. 3.2 除法的兩種常見問題
  3. 3.3 有0時先檢查什麼
  4. 3.4 括號與運算次序
  5. 3.5 常見錯誤
  6. 3.6 練習
  7. 3.7 完整解答
  8. 3.8 本章回顧與下一步

如果每盒都有6枝筆,4盒共有多少枝?你可以把6連續加4次,也可以把這種重複結構寫成乘法。反過來,若有一堆筆,每4枝裝一袋,除法可以描述能裝滿幾袋以及還剩多少枝。

本章讀完,你應能把分組問題寫成乘除關係,檢查整數商與餘數,並按括號與運算次序解讀四則式子。

3.1 乘法先說清楚哪個是組數

本章把a × b先讀成「a組,每組b個」,其中a和b是非負整數。於是4 × 6表示4組,每組6個。

這是一種閱讀約定,不是說交換因子的計算結果就不同。把4排、每排6個方塊改成6排、每排4個,總個數仍是24;但題目中的「盒數」與「每盒枝數」仍各自有不同角色。

例題1 4盒筆,每盒6枝

問題:4盒筆,每盒恰有6枝,共有多少枝?

  1. 先確認各盒枝數相同,且沒有重複計數。
  2. 每盒6枝,4盒就是6 + 6 + 6 + 6。
  3. 先合併兩盒,6 + 6 = 12;另外兩盒也有12。
  4. 合起來12 + 12 = 24,所以4 × 6 = 24。
  5. 單位是枝筆,不是4盒乘6枝後寫成24盒。

4排方塊,每排6個,總共24個;每排對應一盒,每個方塊對應一枝筆。

檢查:24枝若重新平均裝回4盒,每盒有6枝,與題目相符。

3.2 除法的兩種常見問題

「24枝筆平均分給4人,每人幾枝?」是已知組數,求每組數量。

「24枝筆每4枝裝一袋,可裝幾袋?」是已知每組數量,求組數。

兩題都可以算24 ÷ 4 = 6,但答案的單位不同:第一題是每人6枝,第二題是6袋。式子相同不表示情境角色也相同。

若要把a個物件分成每組b個,本節要求b是正整數。找出的整數商q和餘數r要同時滿足:

a = q × b + r = b × q + r,而且0 ≤ r < b。

這裡q是組數,b是每組的個數。q × b依本章約定表示q組、每組b個;利用乘法交換律,也可寫成常見的b × q。

第一個條件把物件總數接回原來的a;第二個條件表示剩下的物件不足以再裝滿一組。

例題2 29顆,每4顆裝一袋

問題:29顆糖,每4顆裝滿一袋,可裝滿幾袋,還剩幾顆?

  1. 7袋、每袋4顆,需要7 × 4 = 28顆;利用乘法交換律,也可寫成4 × 7 = 28顆。
  2. 29顆拿走28顆,剩29 − 28 = 1顆。
  3. 這1顆不足以再裝滿一袋,因為1 < 4。
  4. 所以可裝滿7袋,餘1顆,寫成29 ÷ 4 = 7餘1。
  5. 回接原數:4 × 7 + 1 = 28 + 1 = 29。

左側7排糖果,每排4顆,右側剩1顆。7組共28顆,加上餘下1顆回到29顆。

為什麼不能寫成6餘5?雖然4 × 6 + 5 = 29,但剩下5顆仍能再裝滿一袋,因此不符合餘數必須小於4的規則。

這裡採「整數商與餘數」的表示法。若允許把物件切分,除法也可以用分數表示;那是後面的章節,不要把兩種答案混寫成同一種情境。

3.3 有0時先檢查什麼

0組物件的總數是0,每組有0個物件的總數也是0,所以在這裡的非負整數運算中,0 × a = a × 0 = 0。

但除以0不是一般除法。

兩種情況失敗的理由不同:一種找不到,一種不能唯一決定。因此,一般四則運算不定義除以0,也不把12 ÷ 0直接寫成無窮大。

3.4 括號與運算次序

一個式子有多種運算時,本章採通常的次序:

  1. 先處理括號內的運算,內層括號先算。
  2. 再處理乘法與除法;同一層由左到右。
  3. 最後處理加法與減法;同一層由左到右。

這個次序讓同一個寫法有一致的讀法。如果想指定別的分組,就用括號寫出來,不要默默改變它。

例題3 計算18 − 3 × (2 + 1)

  1. 先算括號:2 + 1 = 3。
  2. 原式變成18 − 3 × 3。
  3. 先做乘法:3 × 3 = 9。
  4. 最後做減法:18 − 9 = 9。
  5. 所以18 − 3 × (2 + 1) = 9。

如果先算18 − 3,就把本來的式子讀成了(18 − 3) × (2 + 1)。這是另一個式子,不是原式的合法下一步。

同一層運算也要保留方向

8 ÷ 2 × 2只有乘除,按左到右是先算8 ÷ 2 = 4,再算4 × 2 = 8。不能自行改成8 ÷ (2 × 2);後者的值是2,與原式不同。

同樣,15 − 6 − 4按左到右是9 − 4 = 5,不是15 − (6 − 4)。括號改變分組,也可能改變結果。

3.5 常見錯誤

3.6 練習

  1. B01-C03-Q01:5組物件,每組4個,共有多少個?
  2. B01-C03-Q02:依本章的閱讀約定,把3 × 7寫成重複相加,再求值。
  3. B01-C03-Q03:32枝筆平均分給4人,每人幾枝?請用乘法檢查。
  4. B01-C03-Q04:31顆糖每4顆裝一袋,可裝滿幾袋、餘幾顆?檢查兩個商餘數條件。
  5. B01-C03-Q05:計算6 + 2 × 5。
  6. B01-C03-Q06:計算(6 + 2) × 5,並與上一題比較。
  7. B01-C03-Q07:計算8 ÷ 2 × 2,說明為什麼不能默默加上另一種括號。
  8. B01-C03-Q08:12 ÷ 0與0 ÷ 0,為什麼都不能當成一般四則運算?兩種理由有何不同?

3.7 完整解答

Q01

5組、每組4個,就是4 + 4 + 4 + 4 + 4 = 20,因此5 × 4 = 20,共20個。若重新分回5組,每組應回到4個。

Q02

3 × 7表示3組,每組7個,所以是7 + 7 + 7。先算前兩組14,再加第三組7,得到21,因此3 × 7 = 21。

Q03

32 ÷ 4 = 8,每人8枝。檢查:4人每人8枝,4 × 8 = 32枝,全部分完,餘數是0。

Q04

4 × 7 = 28,31 − 28 = 3,因此可裝滿7袋,餘3顆。第一個條件是31 = 4 × 7 + 3;第二個條件是0 ≤ 3 < 4。兩個都符合,所以商餘數合格。

Q05

先算乘法2 × 5 = 10,再算6 + 10 = 16。因此答案是16,不是先算6 + 2後得到的40。

Q06

這次括號明確指定先算6 + 2 = 8,再算8 × 5 = 40。因此本題40與上一題16不同;差別來自括號指定的分組。

Q07

同級乘除按左到右:8 ÷ 2 = 4,4 × 2 = 8。若寫成8 ÷ (2 × 2),括號要求先算分母中的2 × 2,結果會變成8 ÷ 4 = 2,所以那不是原式的下一步。

Q08

12 ÷ 0需要找出滿足0 × q = 12的商,但不存在這種非負整數q。0 ÷ 0的乘法條件0 × q = 0則有許多q都符合,不能唯一決定商。因此兩者在通常四則運算中都不定義,不能任意指定為0、1或無窮大。

3.8 本章回顧與下一步

乘法把相同組的相加整理成簡潔式子。除法要先看是在問每組數量還是組數,並保留答案單位;有餘數時,同時檢查總數等式與餘數範圍。四則次序決定怎樣讀式子,改括號就是改分組。

前三章到這裡已建立位值、重新分組與基本四則。後續第4章會正式處理整數與負數,再進入分數、小數、比例、冪與平方根。