小乐数学科普:小学数学竖式计算类型归纳大汇总(完整版)
#小学数学思维训练#前言
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竖式计算加减乘除四则运算
竖式计算,是数学历史长河中最源远流长,也最基本的一个思维方式工具,蕴含了基本数学运算的思想。尽管我们可能在小学时就已经学过,并已经见惯不惯,习以为常,乃至驾轻就熟,但实际上竖式计算并不算得上很简单甚至浅薄。往深度来讲,竖式计算,是计算机中的位运算的思想基础,也是数学中的单项式、多项式、p进制、线性代数、线性空间、群环域等代数概念的思想启蒙之处。往广度来讲,竖式计算思想,除了应用在数字、多项式等代数对象的加减乘除之外,像正整数的开方运算,印度乘法,中国古代算筹、算盘,以及程序算法中的分块计算或分治、大数据并行算法,都涉及竖式计算的原始思想。
而加减乘除四则竖式计算是小学数学的一个基本且重要的内容,而且对每一个初学者来说,有一定技巧性的要求和难度。小乐通过本文系统性讲完所有分类情况,助你按图索骥,彻底理清竖式计算的要点和思想。
一、竖式计算加法
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竖式计算加法
先从最简单的加法开始,加法是数学中最基本的运算之一,从数字加法开始,我们会学到自然数的加法,小数的加法,这两类数的加法是可以进行竖式计算的(另外,中学里会学多项式的合并同类项,其实也可以进行竖式计算)。竖式计算加法的要点,是记住两条核心内容,一是对齐,二是进位。
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竖式加法数字对齐,小数点对齐
数字对齐,一般指的是数位对齐,例如,个位与个位对齐,十位与十位对齐,百位与百位对齐,而遇到小数加法时,小数点要先对齐。而遇到小数与整数相加,要意识到整数,可以看成特殊的小数(小数点,在个位数之后,被“隐藏”了),因此这时可以先将个位数对齐。
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竖式计算加法进位
加法进位,是因为我们通常使用的是十进制加法,因此需要满十进一(如果是其它进制,例如2进制,就需要满2进1,这在计算机编程中会涉及到)。由于两个数位中的数字(每个都是0~9之间)相加,结果介于0到18之间,因此加法竖式计算时,进位最多只可能进1(这与竖式计算乘法时有所不同)
二、竖式计算减法
减法是加法的逆运算,也就是一种反方向的计算,过程正好相反。不难发现,竖式计算减法的要点,是记住两条核心内容,一是对齐,二是借位(退位)。
对齐好理解,跟加法类似,小数点对齐,个位对齐。
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竖式计算减法,借一当十
借位,即两数位上的数字不够减(小减大)时,要从左边相邻数位“借一当十”来用。
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竖式计算减法借位
如果左边相邻数位上的数字是0(即没有1可以借),则要继续往左去借。这里需要记住的是,相邻两数字,左边的数字中的1,代表右边数字中的1的10倍(即当右边数字是个位时,左边的1当成10来用);左边的数字中的2,代表右边数字中的2的10倍(即当右边数字是个位时,左边的2当成20来用)
三、竖式计算乘法
数字相乘,类似于加法,同样要注意,对齐和进位。但乘法中的对齐与进位与加法,有所不同。
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竖式计算乘法,最后的非零数对齐
乘法数字对齐,需要先将末尾数字对齐(尾零不考虑在内,即只分别考虑两数字最后一个非零数字,进行对齐),而不像数字加法那样(小数点对齐)。这是因为数字乘法当中,出现0与某个数字相乘,结果仍为0,因此没有计算的必要。
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竖式乘法小数点的位置
而乘法运算结果中小数点的位置,也需要格外重视,因为不像加法运算结果中小数点的位置一直保持对齐。乘法结果中小数点的位置,是根据两个乘数的小数位数(忽略小数点后面的最后一个0或连续的尾0)相加,得到的。
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竖式计算乘法进位
乘法进位,与加法(只可能进1)略有区别,是根据两个数位相乘,得到两位数的十位数来定的(十位上的数字可能不是1,而超过1)。
四、竖式计算除法
竖式除法,是四则运算中最为复杂,极易出错的内容。难度在于除法运算,涉及乘法、减法、加法,是对竖式计算能力掌握程度的综合考量。在不同的国家文化中,竖式计算大相径庭,例如阿拉伯国家的竖式计算,由于阿拉伯文文字从右往左的书写习惯,会与我国小学生学习的竖式计算格式有很大不同。不同国家对竖式计算中除号的写法,也有所差异,但数学本质上是一致的。
竖式计算除法的要点,除了要记住涉及减法的对齐,借位(退位)之外,还要记住除法特有的试商、等比例缩放。
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竖式计算除法试商
试商,是尝试出一个数字(商),满足其与除数相乘,结果尽可能接近(但不大于,即不能超过)余数(第一次试商时,余数就可以认为是被除数)。试商成功之后,使用减法,得到新的余数。如此反复,直至最终余数为0(除得尽时),或者计算到一定精度(除不尽时,按要求计算到小数点后几位)。
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竖式计算除法缩放
等比例缩放,是指被除数与除数,如果满足一些明显的关系特征,为了简化竖式计算,有必要进行同时放大倍数或者缩写倍数(一般是10的幂次倍)。例如:0.45÷0.25,我们可以简化为45÷25(被除数与除数,同时放大100倍,或者当分数来理解,分子分母同时乘以100)。再例如,45000÷125000,我们可以简化为45÷125(被除数与除数,同时缩小1000倍,或者当分数来理解,分子分母同时除以1000)
小数点的位置,也是竖式计算除法时需要重点考虑的,为了简化起见,我们一般只允许被除数中有小数点(如除数是小数,我们通过同时对被除数和除数放大倍数,让其中除数化成整数),这样最终商的小数点位置,就取决于被除数中小数点的位置。
当然,要注意,在被除数与除数进行等比例缩放之后,最终得到的余数,往往并不是真正的余数(而是相差10的幂次倍),要注意根据与小数点位置的距离,来判断出真正的余数。
另外,竖式计算除法,还与利用短除法求多个数字的最大公因数、最小公倍数,以及辗转相除法计算两个多项式的最大公因式,有一些联系,但差异较大,要理解清楚。
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