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比、百分比与运算性质

算术的两项回报:用比、比例与百分比解决实际问题,并为代数赖以运转的交换律、结合律与分配律正名。

比、比例与百分比

比较两个量,比如 3 杯面粉对 2 杯糖,写作 3:2 或 3/2。单位率把第二个量化为 1——2 小时 60 英里就是每小时 30 英里。两个相等的比构成比例,我们用交叉相乘来求解。百分比不过是以 100 为分母的比: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
比例是两个相等的比;交叉相乘把它变成一步方程。

日后每条法则赖以成立的定律

算术服从几条根深蒂固、以致我们常忘了为其命名的定律——而整个代数都倚靠它们。交换律说加法和乘法的次序无关紧要:a + b = b + a 且 ab = ba。结合律说分组无关紧要:(a + b) + c = a + (b + c)。分配律把两种运算联系起来:a(b + c) = ab + ac——它正是日后展开、因式分解与合并同类项背后的引擎。

两个特殊的数充当单位元:加 0 不改变任何东西(a + 0 = a),乘 1 也不改变任何东西(a · 1 = a)。每个数都有抵消它的逆元——加法逆元 −a 使 a + (−a) = 0,而当 a ≠ 0 时,乘法逆元 1/a 使 a · (1/a) = 1。单位元与逆元正是日后解方程时让你“把东西移到另一边”的依据。

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)
分配不仅用于代数——心算乘法也正是靠它。