Odečítání (redukce) je jedna z pomocných binárních matematických operací ( aritmetických operací) dvou argumentů (redukovaného a odečteného), jejímž výsledkem je nové číslo (rozdíl) [1] , získané snížením hodnoty prvního argumentu o hodnotu druhého argumentu. Na dopise je obvykle označena znaménkem mínus : . Odečítání je inverzní operace sčítání .
Obecně můžeme psát: , kde a . To znamená, že každé dvojici prvků ze sady je přiřazen prvek zvaný rozdíl a . Odečítání je možné pouze v případě, že oba argumenty patří do stejné množiny prvků (mají stejný typ).
V případě záporných čísel je vhodné považovat odčítání (a definovat) jako druh sčítání - sčítání se záporným číslem [2] . Například to lze považovat za sčítání: .
Na množině reálných čísel má definiční obor sčítací funkce graficky tvar roviny procházející počátkem a skloněné k osám o 45° úhlových stupňů .
Odečítání má několik důležitých vlastností (například pro ):
Antikomutativnost : Neasociativnost: Distributivita : Odečtením ( nulový prvek ) dostaneme číslo rovné původnímu:Příklad na obrázku vpravo znamená, že pět jablek odečte dvě jablka a výsledkem jsou tři jablka. Všimněte si, že nemůžete odečíst například 2 hrušky od 5 jablek. Kromě počítání jablek může odčítání také představovat rozdíl jiných fyzikálních a abstraktních veličin, jako jsou: záporná čísla , zlomková čísla , vektory , funkce a další.
Odečítání se zapisuje pomocí znaménka mínus : " " mezi argumenty, tato forma zápisu se nazývá infixová notace . V tomto kontextu je symbol mínus binární operátor . Výsledek se zapíše pomocí znaménka rovná se " ", například:
; ("šest mínus tři se rovná třem"); („šedesát čtyři mínus třicet pět rovná se dvacet devět“).Při psaní je symbol mínus velmi podobný jiným psaným znakům , jako jsou pomlčky , pomlčky a další. Výraz byste měli pečlivě analyzovat, aby nedošlo k chybné interpretaci symbolu.
Operace odčítání na číselných množinách má následující hlavní vlastnosti:
Výsledek odčítání není vždy jistý pro množinu přirozených čísel : aby bylo získáno přirozené číslo jako výsledek odčítání, minuend musí být větší než subtrahend. Odečíst větší číslo od menšího v rámci přirozených čísel nelze.
Operace odečítání čísel definovaných na množinách dává číslo (rozdíl) patřící do stejné množiny, proto se operace odčítání týká uzavřených operací (operací, které neodvozují výsledek z dané množiny čísel), tedy množin čísla tvoří kroužky s ohledem na operaci odčítání.
Operace odečítání může být reprezentována jako druh " černé skříňky " s minuendem a subtrahendem na vstupu a jedním výstupem - rozdíl:
Při praktickém řešení problému odčítání dvou čísel je nutné jej zredukovat na posloupnost jednodušších operací: „prosté odčítání“, výpůjčka , porovnávání atd. K tomu byly vyvinuty různé metody odčítání, např. čísla, zlomky, vektory atd. Na množině přirozených čísel se v současné době používá algoritmus bitového odčítání . V tomto případě by se odečítání mělo považovat za postup (na rozdíl od operace).
Přibližný algoritmus pro postup pro bitové odčítání dvou číselJak vidíte, postup je poměrně složitý, skládá se z poměrně velkého počtu kroků a při odečítání velkých čísel to může trvat dlouho.
"Jednoduché odčítání" - v tomto kontextu znamená operaci odečítání čísel menších než dvacet, kterou lze snadno zredukovat na dekrementaci . Je dekrementálním hyperoperátorem :
kde: je posloupnost jednou provedených operací zvyšování ; — posloupnost jednorázové operace snižování.
Pro zjednodušení a urychlení procesu odčítání se používá tabulková metoda „jednoduchého odčítání“, k tomu jsou předem spočítány všechny kombinace rozdílu čísel od 18 do 0 a konečný výsledek je převzat z této tabulky [5] :
desítková tabulka odčítání- | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | deset | jedenáct | 12 | 13 | čtrnáct | patnáct | 16 | 17 | osmnáct |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
jeden | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
2 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
3 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
čtyři | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
5 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
6 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
7 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
osm | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | |||||||||
9 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 |
Tento postup je použitelný pro odečítání přirozených a celých čísel (s výhradou znaménka). Pro ostatní čísla se používají složitější algoritmy.
Použijme definici přirozených čísel jako tříd ekvivalence konečných množin. Označme třídy ekvivalence konečných množin generovaných bijekcemi pomocí závorek: . Potom je aritmetická operace „odčítání“ definována takto:
kde je rozdíl množin . Tato operace s třídami je zavedena správně, to znamená, že nezávisí na volbě prvků třídy a shoduje se s induktivní definicí.
Zobrazení 1:1 konečné množiny na segment lze chápat jako výčet prvků množiny . Tento proces číslování se nazývá "POČET". „Účet“ je tedy vytvořením vzájemné korespondence mezi prvky množiny a segmentem přirozené řady čísel.
Pro odečítání přirozených čísel v pozičním zápisu čísel se používá bitový algoritmus odčítání. Jsou dána dvě přirozená čísla a taková, že:
kde ; - počet číslic v čísle ; - pořadové číslo kategorie (pozice), ; - základ číselné soustavy; sada číselných znaků (číslic), konkrétní číselná soustava: , , ; pak:
odečtením kousek po kousku dostaneme:
Operace odčítání je tedy redukována na postup sekvenčního prostého odčítání přirozených čísel s případným vytvořením výpůjčky, která se provádí buď tabulkovou metodou, nebo dekrementací (počítáním).
Aritmetické operace s čísly v libovolné poziční číselné soustavě se provádějí podle stejných pravidel jako v desítkové soustavě , protože všechny jsou založeny na pravidlech pro provádění operací s odpovídajícími polynomy . V tomto případě je třeba použít odčítací tabulku odpovídající danému základu číselné soustavy.
Příklad odečítání přirozených čísel v binárních , desítkových a hexadecimálních číselných soustavách, pro usnadnění jsou čísla psána pod sebou podle číslic, nahoře je znaménko výpůjčky, chybějící číslice jsou doplněny nulami:
Množina celých čísel je rozšířením množiny přirozených čísel , získaných sečtením záporných čísel [6] tvaru . Množina celých čísel se značí Aritmetické operace na celých číslech jsou definovány jako spojité pokračování odpovídajících operací s přirozenými čísly.
Přítomnost záporných čísel nám umožňuje považovat (a definovat) "odčítání" jako druh "sčítání" - sčítání se záporným číslem . „Odčítání“ však budeme v rámci tohoto článku považovat za operaci definovanou na množině celých čísel, to platí i pro následující číselné množiny. Rozdíl od přirozených čísel je v tom, že záporná čísla na číselné ose směřují opačným směrem, což poněkud mění postup odčítání. Je třeba vzít v úvahu vzájemný směr čísel, zde je možných několik případů:
Zde a níže je také použit bitový algoritmus odčítání (sčítání). Zvažte například výraz: ; protože čísla a mají různá znaménka, dáme mínus ze závorek: , dalším počítáním dostaneme odpověď: .
Množina racionálních čísel se označuje (z anglického kvocientu „soukromá“) a lze ji zapsat v tomto tvaru:
Chcete-li odečíst racionální čísla ve formě obyčejných (nebo jednoduchých) zlomků ve tvaru: , měla by být převedena (přenesena) na společného (identického) jmenovatele . Vezměme například součin jmenovatelů, zatímco čitatele vynásobíme odpovídajícími jmenovateli. Poté odečtěte výsledné čitatele a součin jmenovatelů se stane společným.
Pokud jsou dána dvě racionální čísla a taková, že: (neredukovatelné zlomky), pak:
[7]Nebo můžete najít nejmenší společný násobek (LCM) jmenovatelů. Postup:
Poté jsou jmenovatelé obou zlomků stejní (rovní se ). V řadě jednoduchých případů to zjednodušuje výpočty, ale v případě velkých čísel se výpočty výrazně zkomplikují. Můžete vzít jako jakýkoli jiný společný násobek.
Příklad odčítání:
Pokud jsou jmenovatelé obou zlomků stejní, pak:
Pokud jsou jmenovatelé násobky libovolného čísla, převedeme pouze jeden zlomek:
Aritmetická operace „odčítání“ nad racionálními čísly se týká uzavřených operací.
Aritmetické operace na reálných číslech reprezentovaných nekonečnými desetinnými zlomky jsou definovány jako spojité pokračování [8] odpovídajících operací s racionálními čísly.
Jsou dána dvě reálná čísla, která mohou být reprezentována jako nekonečná desetinná místa :
,definovaných základními posloupnostmi racionálních čísel (splňujících Cauchyovu podmínku ), označenými jako: a , pak jejich rozdíl je číslo definované rozdílem posloupností a :
;
reálné číslo , splňuje následující podmínku:
.
Rozdíl dvou reálných čísel je tedy takové reálné číslo , které je obsaženo mezi všemi rozdíly tvaru na jedné straně a všemi rozdíly tvaru na straně druhé [9] .
V praxi je pro odečtení dvou čísel a nutné je s požadovanou přesností nahradit přibližnými racionálními čísly a . Pro přibližnou hodnotu rozdílu čísel vezměte rozdíl uvedených racionálních čísel . Je přitom jedno, z jaké strany (nedostatkem nebo nadbytkem) se převzatá racionální čísla aproximují a . Sčítání se provádí podle algoritmu bitového sčítání.
Při odečítání přibližných čísel se jejich absolutní chyby sčítají , absolutní chyba čísla je rovna polovině poslední číslice tohoto čísla. Relativní chyba rozdílu leží mezi největší a nejmenší hodnotou relativních chyb argumentů; v praxi se bere největší hodnota . Získaný výsledek se zaokrouhlí nahoru na první správnou platnou číslici, platná číslice přibližného čísla je správná, pokud absolutní chyba čísla nepřesahuje polovinu jednotky číslice odpovídající této číslici.
Příklad odčítání , až na 3 desetinná místa:
Na množině reálných čísel má rozsah funkce odčítání graficky tvar roviny procházející počátkem a nakloněné k osám o 45° úhlových stupňů .
Protože , pak pro tyto množiny bude rozsah funkce odečítání patřit do této roviny.
Množina komplexních čísel s aritmetickými operacemi je pole a obvykle se označuje symbolem .
Komplexní čísla se od sebe odečítají odečítáním reálné a imaginární části [10] . Znamená to, že:
Kde: , je imaginární jednotka . Pomocí reprezentace komplexních čísel jako vektorů v komplexní rovině můžeme dát odečítání komplexních čísel následující geometrickou interpretaci : rozdíl mezi komplexními čísly a , reprezentovaný vektory v komplexní rovině, bude vektor spojující konce redukovaný vektor a vektor, který se má odečíst a nasměrovat od odečteného k redukovanému, jsou to rozdílové vektory a podle toho i rozdíl komplexních čísel (bude to podobné, když přidáte vektor inverzní k odečítanému vektoru k redukovanému vektor).
Podobně pro komplexní čísla n-té dimenze :
V exponenciálním zápisu se čísla zapisují jako , kde je mantisa , je charakteristika čísla a je základem číselné soustavy. K odečtení dvou čísel, která jsou zapsána v exponenciální formě, je nutné, aby měla stejné vlastnosti: podle distributivní vlastnosti.
Například:
Při odečítání čísel patřících do různých množin je nutné rozšířit číslo z množiny s menší mocninou směrem k číslu z množiny s větší mocninou, nebo rozšířit obě čísla, dokud se množiny nevyrovnají, pokud taková možnost existuje. Pokud například potřebujete odečíst přirozené číslo od racionálního čísla , pak s využitím skutečnosti, že přirozená čísla jsou podmnožinou racionálních, rozšíříme přirozené číslo na racionální číslo a odečteme dvě racionální čísla . Podobně pomocí toho, že: můžete mezi sebou odečítat čísla z různých množin.
Praxe ukazuje, že je jednodušší naučit školáky počítat rozdíl mezi čísly, než je naučit rozhodovat o použitelnosti operace odčítání v konkrétním problému. Je to dáno tím, že odčítání je na rozdíl např. od sčítání nekomutativní operací, jeho argumenty hrají různé role a situace úloh odčítání, které musí student řešit, jsou výrazně rozmanitější než u sčítání. V tomto ohledu může být pro děti, které vyřešily úlohu odčítání jednoho druhu, obtížné vyřešit úlohu odčítání jiného druhu, a to i se stejnými číselnými údaji. Učitel, který s dítětem pracuje, musí zajistit, aby se jeho žák cítil sebejistě a našel řešení problémů s odčítáním následujících typů:
Typy úkolů | Příklady úloh |
Úkoly k nalezení výsledku akce nebo procesu vedoucího ke snížení (výdaji) počáteční částky | Vasya měl 5 jablek, 3 z nich rozdal svým přátelům. Kolik jablek mu zbylo? |
Úkoly na porovnávání čísel a hodnot, hledání rozdílu, přebytku, přebytku | Maximální povolená rychlost na silnici je 60 km/h. Po ní jede auto rychlostí 85 km/h. Jak moc řidič překračuje povolenou rychlost? |
Úlohy na měření intervalů - časové a prostorové (jako speciální případ předchozího typu úloh) | Ve škole končí vyučování ve 13:05. Nyní je 10 hodin 42 minut. Jak dlouho do konce lekcí? |
Úkoly k nalezení neznámé části populace (objemu) jako doplnění známé části. | Ve třídě je 25 žáků. Dva z nich mají zrzavé vlasy, osm kaštanové, šest blond, zbytek jsou brunetky. Kolik brunet je ve třídě? |
Problémy při obrácení operace sčítání. Obnova prvního operandu | Máša vložila do prasátka 25 rublů a celkem měla 583 rublů. Kolik peněz měla Máša před tím? |
Problémy při obrácení operace sčítání. Obnova druhého operandu | Jedno pero stojí 20 rublů a pero a poznámkový blok stojí 50 rublů. Kolik stojí poznámkový blok? |
Problémy pro obrácení operace odčítání. Obnovení druhého operandu (odečteno) | Na stromě sedělo 16 vran. Několik vran odletělo, ale zůstalo jich 5. Kolik vran odletělo? |