MATEMATICKÁ ČÍTANKA

Obsah

1.1 Prirodzené čísla

Sčitovanie a násobenie

Spomínate ako ste sa na základnej škole učili sčitovať a násobiť? Základom boli tzv. "sčítalka" a "malá násobilka". Presnejšie, najprv ste sa naučili spamäti obsah týchto tabuliek: $$\begin{array} {|c|c|} \hline \cellcolor{red}\bf{+} & \bf{1} & \bf{2} & \bf{3} & \bf{4} & \bf{5} & \bf{6} & \bf{7} & \bf{8} & \bf{9} &   & \cellcolor{red}\bf{\times} & \bf{1} & \bf{2} & \bf{3} & \bf{4} & \bf{5} & \bf{6} & \bf{7} & \bf{8} & \bf{9}\\ \hline \bf{1} & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & & \bf{1} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 \\ \hline \bf{2} & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & & \bf{2} & 2 & 4 & 6 & 8 & 10 & 12 & 14 & 16 & 18 \\ \hline \bf{3} & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & & \bf{3} & 3 & 6 & 9 & 12 & 15 & 18 & 21 & 24 & 27 \\ \hline \bf{4} & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & & \bf{4} & 4 & 8 & 12 & 16 & 20 & 24 & 28 & 32 & 36 \\ \hline \bf{5} & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & & \bf{5} & 5 & 10 & 15 & 20 & 25 & 30 & 35 & 40 & 45 \\ \hline \bf{6} & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & & \bf{6} & 6 & 12 & 18 & 24 & 30 & 36 & 42 & 48 & 54 \\ \hline \bf{7} & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & 16 & & \bf{7} & 7 & 14 & 21 & 28 & 35 & 42 & 49 & 56 & 63 \\ \hline \bf{8} & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & 16 & 17 & & \bf{8} & 8 & 16 & 24 & 32 & 40 & 48 & 56 & 64 & 72 \\ \hline \bf{9} & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & 16 & 17 & 18 & & \bf{9} & 9 & 18 & 27 & 36 & 45 & 54 & 63 & 72 & 81 \\ \hline \end{array}$$

Aby ste vedeli sčítať, alebo vynásobiť väčšie čísla, naučili ste sa tzv. "písomné sčitovanie" a "písomné násobenie". Pripomeňme si to na príkladoch:

Príklad 3.

Písomné sčitovanie (dvoch čísel) v pozičnej číselnej sústave so základom $\bf{10}$. $$\begin{array} {cc} \bf{n1 = } & \bf{1} & \bf{8} & \bf{3} & \bf{8} & \bf{2} & \bbox[cyan, 2pt]{\bf{8}} & \bf{0} & \bf{5}\\ \bf{n2 =} & & & \bf{6} & \bf{5} & \bf{0} & \bbox[cyan, 2pt] {\bf{6}} & \bf{1} & \bf{5}\\ \hline n1 + n2 = & 1 & 9 & 0 & 3 & 3 & \bbox[yellow, 2pt] 4 & 2 & 0\\ \bf{zostalo} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{0} & \bbox[red, 2pt]{\bf{1}} & \bbox[cyan, 2pt]{\bf{0}} & \bf{1} \end{array}$$

Žlté číslo je zvyšok po vydelení súčtu modrých čísel desiatimi a červené číslo je celá časť tohto podielu. Konkrétne: $$\begin{array}{cc} \bf{0 + 6 + 8 = 14} & & \bbox[cyan, 2pt]{\bf{14}} & \bf{:} & \bf{10} & \bf{=} & \bbox[red, 2pt]{\bf{1}}\\ &&   \bbox[yellow, 2pt]4\\ \end{array}$$

Keby sme mali iný základ číselnej sústavy ako $10$, napr. $5$, tabuľky pre sčitovanie a násobenie by vyzerali takto: $$\begin{array} {|c|c|} \hline \cellcolor{red}\bf{+} & \bf{1} & \bf{2} & \bf{3} & \bf{4} &   & \cellcolor{red}\bf{\times} & \bf{1} & \bf{2} & \bf{3} & \bf{4} \\ \hline \bf{1} & 2 & 3 & 4 & 10 & & \bf{1} & 1 & 2 & 3 & 4 \\ \hline \bf{2} & 3 & 4 & 10 & 11 & & \bf{2} & 2 & 4 & 11 & 13 \\ \hline \bf{3} & 4 & 10 & 11 & 12 & & \bf{3} & 3 & 11 & 14 & 22 \\ \hline \bf{4} & 10 & 11 & 12 & 13 & & \bf{4} & 4 & 13 & 22 & 31 \\ \hline \end{array}$$

Myslím si, že takúto "sčítalku" a malú násobilku by zvládol každý prváčik.

Ako by vyzerala "sčítalka" a malá násobilka v ľubovoľnej pozičnej sústave so základom $\bf{b}$, si môžete pozrieť v 1. hárku excelovského zošitu +a*. Ako by sa sčitovali dve viacciferné čísla, si môžete pozrieť v 2. hárku toho istého zošitu.

Ako by vyzerala "sčítalka" a malá násobilka v ľubovoľnej pozičnej sústave so základom $\bf{b}$.

Ako by sa sčitovali dve viacciferné čísla.

Podobne to bolo s násobením. Najprv sme sa naučili násobiť jednociferným číslom:

Príklad 4.

Písomné násobenie viacciferného čísla jednociferným v pozičnej číselnej sústave so základom $b, (2 \leq b \leq 10)$. $$ \begin{array}{cc} \bf{b = 5} &   &   & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 3 & 4 & & \times & & 4 \\ \hline && \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{3} & \bf{0} & \bf{1}\\ \color{blue}\bf{zostalo} & & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{0} & \color{blue}\bf{3} & \color{blue}\bf{3} \end{array} $$

Asi najväčšou prednosťou zápisu čísel v pozičnej sústave je možnosť jednoduchého písomného násobenia viacciferným súčiniteľom. Ak už vieme násobiť číslo $\bf{a}$ jednocifernými činiteľmi, tak ak ho máme vynásobiť napr. číslom $\bf{(\bar{c}_3, \bar{c}_2, \bar{c}_1, \bar{c}_0)_b}$, postupujeme takto: $$\bf{a \cdot (\bar{c}_3, \bar{c}_2, \bar{c}_1, \bar{c}_0)_b =}$$ $$\bf{a \cdot (c_3 \cdot b^3 + c_2 \cdot b^2 + c_1 \cdot b^1 + c_0 \cdot b^0) =}$$ $$\bf{a \cdot c_3 \cdot b^3 + a \cdot c_2 \cdot b^2 + a \cdot c_1 \cdot b^1 + a \cdot c_0 \cdot b^0} \qquad(^*)$$ keďže násobiť číslom $\bf{b}$ (t.j. základom pozičnej sústavy) znamená len pridať ako poslednú cifru nulu (resp. posunúť celý zápis čísla o jedno miesto doľava), má písomné násobenie tvar, ktorý si pamätáme z lavíc základnej školy.

Menej typický vyzerá takýto zápis v inej ako dekadickej sústave:

Príklad 5

Písomné násobenie viacciferného čísla viacciferným číslom v pozičnej číselnej sústave so základom 2: $$\begin{array} {cc} & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 &   & \times &   & 0 & 1 & 1 & 1 \\ \hline \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} \\ & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} \\ &&& \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} \\ &&&&& \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{0} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} & \bf{1} \\ \hline 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 1 \end{array}$$

Používanie dvojkovej pozičnej číselnej sústavy má:

  • výhodu v tom, že "sčítalka" aj malá násobilka sú minimálne
  • nevýhodu v tom, že potrebujeme vykonávať veľký počet základných operácií.
V prípade počítačov prevážila výhoda nad nevýhodou.

Úlohy

  1. Skontrolujte správnosť násobenia v poslednej ukážke tým spôsobom, že prevediete oba súčinitele aj súčin do dekadickej sústavy.

  2. Otvorte si Hárok 3, dobre si ho pozrite a v Hárku 4 dorobte tabuľku pre násobenie viacciferným číslom v číselnej sústave so základom $b, 1 \lt b \leq 10$. Ak sa Vám to nepodarí, pozrite si Hárok 5.

  3. Hárok 3.
    Hárok 4.
    Hárok 5.

Poznámka

Zamyslime sa nad rovnosťou $(^*)$ z predchádzajúcej strany. Úplne samozrejme sme tam použili takúto vlastnosť sčitovania a násobenia prirodzených čísel:
$\bf{\forall a, b, c \in N : a \cdot (b + c) = a \cdot b + b \cdot c}$, ktorú voláme distributívnosť násobenia vzhľadom na sčitovanie (ak jeden činiteľ súčinu je súčtom viacerých sčítancov, môžeme násobenie rozdeliť (distribuovať) na jednotlivé sčítance).

Podobne používame vlastnosti[4]: $$\begin{array}{cc} \bf{\forall a, b, c \in N : a + (b + c) = (a + b) + c} & \bf{\forall a, b, c \in N: a \cdot (b \cdot c) = (a \cdot b) \cdot c} & \bf{asociatívnosť} \\ \bf{\forall a, b \in N : a + b = b + a} & \bf{\forall a, b \in N: a \cdot b = b \cdot a} & \bf{komutatívnosť} \end{array}$$

Všetky vlastnosti prirodzených čísel sa dajú odvodiť z tzv. Peanových axióm[ 5]