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比、百分比與運算性質

算術的兩項回報:用比、比例與百分比解決實際問題,並為代數賴以運轉的交換律、結合律與分配律正名。

比、比例與百分比

比較兩個量,比如 3 杯麵粉對 2 杯糖,寫作 3:2 或 3/2。單位率把第二個量化為 1——2 小時 60 英里就是每小時 30 英里。兩個相等的比構成比例,我們用交叉相乘來求解。百分比不過是以 100 為分母的比:25% 即 25/100 = 1/4。

Proportion by cross-multiplying

  3 / 4  =  x / 20
  3 * 20 = 4 * x          (cross-multiply)
  60     = 4x
  x      = 15

Percent as a ratio

  What is 25% of 80?
  25/100 * 80 = (1/4)*80 = 20
比例是兩個相等的比;交叉相乘把它變成一步方程。

日後每條法則賴以成立的定律

算術服從幾條根深蒂固、以致我們常忘了為其命名的定律——而整個代數都倚靠它們。交換律說加法和乘法的次序無關緊要:a + b = b + a 且 ab = ba。結合律說分組無關緊要:(a + b) + c = a + (b + c)。分配律把兩種運算聯繫起來:a(b + c) = ab + ac——它正是日後展開、因式分解與合併同類項背後的引擎。

兩個特殊的數充當單位元:加 0 不改變任何東西(a + 0 = a),乘 1 也不改變任何東西(a · 1 = a)。每個數都有抵消它的逆元——加法逆元 −a 使 a + (−a) = 0,而當 a ≠ 0 時,乘法逆元 1/a 使 a · (1/a) = 1。單位元與逆元正是日後解方程時讓你「把東西移到另一邊」的依據。

The distributive property at work

  6 * 23  =  6 * (20 + 3)
          =  6*20 + 6*3       (distribute)
          =  120  + 18
          =  138

Later, the same law expands and factors:
  3(x + 4) = 3x + 12          (expand)
  5x + 5y  = 5(x + y)         (factor out 5)
分配不僅用於代數——心算乘法也正是靠它。