加法交換次序:把 a+b 寫成 b+a

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這一課要做的事

題目給你一個兩數相加的式子 a+b,其中 a、b 是有理數:整數、分數、小數都可以,也可以是負數。你要做的是把它改寫成 b+a,也就是只交換兩個加數的位置,並且確認改寫前後的和一樣。

你要交出的是一條「交換等式」:原來的和 = 交換後的和,最好再寫出兩邊共同的值。例如 8+(−3)=(−3)+8=5。

這一課只談加法。減法、乘法不在這一課(原因見「反例、邊界與範圍外的情況」)。

為什麼需要交換加數

先看一個教學情境(數字是為了練習而設計的):小傑玩遊戲,第一回合得 40 分,第二回合被扣 65 分。把「被扣 65 分」記成 −65,兩回合合計是 40+(−65)。可是你也可能先想「扣掉 65 分,再加回 40 分」,寫成 (−65)+40。

如果這兩種寫法會得到不同的總分,記分就會亂掉:同一場遊戲,你怎麼排順序,總分都不同,就沒有人能對帳。反過來,如果兩種順序一定得到同一個總分,你就可以挑順手的順序來算,也可以把兩種順序各算一次,互相檢查。

這就是加法交換次序的用處:

以前你用自然數學過:3+9 與 9+3 一樣,因為都是把兩堆東西合起來。但是一旦加數裡有負數,「合起來」的想法不太好用,你會懷疑 (−3)+9 和 9+(−3) 是不是也一樣。這一課就是把有理數的加法也放進來,講清楚「什麼可以換、換的時候要保留什麼」。

條件與定義:到底換了什麼

對任意兩個有理數 a、b,都有 a+b=b+a。

使用這條規則有三個條件,缺一不可:

  1. 算式真的是「兩個數相加」。
  2. 每個加數連同它自己的符號一起搬家。負號是那個數的一部分,不是兩個數之間的運算符號。
  3. 只換位置,不改任何一個數的大小或符號。

括號的寫法:負數放在加號後面時,要用括號把它框成一個數,寫成 5+(−3),不要寫 5+−3。負數在最前面時,括號可以省略,寫成 −3+5 就是 (−3)+5,它的兩個加數是 −3 與 5。

所以 5+(−3) 與 (−3)+5 之間,「−3」這個整體只是從後面搬到前面;符號沒有被丟掉,也沒有跑到另一個數上。

改寫的四個步驟,每一步為什麼要做

步驟做什麼為什麼必要
1. 圈出兩個加數把式子看成「第一個加數」「第二個加數」,把各自的符號一起圈起來。例如 −25+60 的加數是 −25 與 60。符號屬於數字。如果沒有圈清楚,你就不知道哪個符號該跟著哪個數搬。
2. 交換位置把第二個加數寫在前面,第一個加數寫在後面,每個加數原樣照抄。交換律只允許換位置;任何多寫、少寫、改寫都不是交換。
3. 補括號、寫等號負數若跑到加號後面,就加括號;寫成「原式=改寫後的式子」。括號避免「+−」連在一起讀錯;等號把改寫前後連成一條可以檢查的等式。
4. 檢查先看兩邊的加數是不是同樣兩個數(各自帶著同樣的符號);再把兩邊各算一次,看值是不是一樣。改寫的目的是不改值。兩邊值不同,就表示步驟 1 到 3 其中一步出錯了。

為什麼值不會變(用數線看)

把加法想成在數線上移動:從 0 出發,加正數就向右走,加負數就向左走。a+b 就是「先走 a,再走 b」,最後停在哪個數,和就是那個數。

兩條數線。上面一條:從 0 先向右走 3 格到 3,再向左走 5 格,停在 −2。下面一條:從 0 先向左走 5 格到 −5,再向右走 3 格,停在 −2。
圖:上面是 3+(−5),下面是 (−5)+3。實線是第一段,虛線是第二段。兩種順序的中途位置不同(上面經過 3,下面經過 −5),但終點都是 −2。

這張圖要看的關係是:每一段走了多遠、往哪個方向,是由那個加數自己決定的,不會因為先走或後走而改變。兩段走完的總移動量(向右 3 格、向左 5 格,合起來向左 2 格)都一樣,所以終點相同。

回到小傑的例子:先得 40 分再扣 65 分,和先扣 65 分再得 40 分,過程中的分數不一樣(一個先到 40,另一個先到 −65),但最後都是 40+(−65)=(−65)+40=−25,也就是總共少了 25 分。這一課只問最後的和,不問中途的位置。

說明:加法交換次序是國中數學承認的運算律。幾個例子算出相同的值,只能幫你抓錯,不能證明對所有有理數都成立;你在這一課要學的是正確使用它,並用數值自查。

三個完整示範

示範一:整數,有負數(搭配上面的數線圖)

題目:把 3+(−5) 改寫成交換次序的式子,並算出兩邊的值。

(1) 圈出加數:第一個加數是 3,第二個加數是 (−5)。(2) 交換:把 (−5) 寫在前面,3 寫在後面,得 (−5)+3。(3) 寫成等式:3+(−5)=(−5)+3。(4) 檢查:左邊 3+(−5):3 與 5 方向相反,絕對值差 5−3=2,絕對值大的是 −5,所以和是 −2。右邊 (−5)+3:同樣絕對值差 2,絕對值大的是 −5,和是 −2。兩邊都是 −2,與數線圖的終點一致。

答案:3+(−5)=(−5)+3=−2。

示範二:分數

題目:把 (−5/6)+1/3 改寫成交換次序的式子,並算出兩邊的值。

(1) 圈出加數:第一個加數是 (−5/6),第二個加數是 1/3。(2) 交換:1/3 寫在前面,(−5/6) 寫在後面,後面是負數,加括號,得 1/3+(−5/6)。(3) 等式:(−5/6)+1/3=1/3+(−5/6)。(4) 檢查:先通分,1/3=2/6。左邊 (−5/6)+2/6:絕對值差 5/6−2/6=3/6=1/2,絕對值大的是 −5/6,所以和是 −1/2。右邊 2/6+(−5/6) 同樣得 −1/2。

答案:(−5/6)+1/3=1/3+(−5/6)=−1/2。

示範三:小數,第一個加數省略括號

題目:把 −4.5+2.8 改寫成交換次序的式子,並算出兩邊的值。

(1) 圈出加數:式子最前面的 −4.5 是第一個加數(負號屬於 4.5),第二個加數是 2.8。(2) 交換:2.8 寫在前面,−4.5 寫在後面,加括號,得 2.8+(−4.5)。(3) 等式:−4.5+2.8=2.8+(−4.5)。(4) 檢查:4.5 與 2.8 方向相反,絕對值差 4.5−2.8=1.7,絕對值大的是 −4.5,所以兩邊的和都是 −1.7。

答案:−4.5+2.8=2.8+(−4.5)=−1.7。

反例、邊界與範圍外的情況

不是交換的改寫(非例)

邊界

範圍外:這一課不處理減法

看到兩個數就想換位置,是危險的習慣。例如 7−2=5,但把兩個數對調成 2−7 得到 −5,值不同。這一課只處理「兩個數相加」的式子,不處理減法怎麼改寫;題目若是減法,不要套用本課的交換。

常見錯誤與自我檢查

常見的錯怎麼發現怎麼補救
(1) 負號弄丟:(−4)+9 寫成 9+4。比較兩邊的加數:原來有 −4,新式子只有 4。再算值:5 與 13 不同。第一步先把 −4 整個圈起來,搬家時整個搬。
(2) 負號跟錯了數字:9+(−4) 寫成 (−9)+4。原來的加數是 9 與 −4;新式子的加數是 −9 與 4。兩組數不同。寫成「後面的整個 (−4) 搬到前面」,不要只搬數字。
(3) 交換是對的,但算和時符號算錯,例如把 (−5)+18 算成 −13。兩邊的值不同,而且你確定改寫是對的:那就是計算有問題。異號相加:絕對值大的數決定符號,數值是絕對值的差。18 比 5 大,所以是 +13。
(4) 把「交換加數」誤認為「可以隨便改答案」,或以為減法也能換。先問自己:題目是兩個數「相加」嗎?只有加法可以套用;減法不在本課。

自我檢查的三個問題:(a) 新式子的兩個加數,和原來的兩個加數是不是一模一樣(含符號)?(b) 兩邊各算一次,值相同嗎?(c) 負數放在加號後面,有沒有加括號?

先備與接下來

先備:認識整數、分數、小數與負數;會做有理數的加法(同號相加、異號相加);會在數線上表示正數與負數。

接下來:交換次序是處理運算式的基本運算律之一;後面你會把它與其他運算律一起用,也會在文字符號(例如 a+b)裡看到它。這一課只要求你對兩個有理數相加的式子做出正確的交換改寫。

這一課不處理:減法的改寫、乘法的交換、三個以上的數相加時怎麼分組、分配律。

回想(讀完再作答)

請合上課文,用自己的話回答。符號與式子要寫準確,其餘不必背原句。

  1. 加法交換次序說的是什麼?請寫出 a+b 與 b+a 的關係,並舉一個含負數的例子。
  2. 為什麼會需要它?(想想先後順序不同的記分,或兩種順序互相檢查。)
  3. 只靠「把兩堆東西合起來」的想法,為什麼不太夠用?(提示:加數有負數時。)
  4. 改寫時每個加數要帶著什麼一起搬?為什麼?
  5. 用數線說明:3+(−5) 與 (−5)+3 的中途位置一樣嗎?終點呢?
  6. 你現在能做什麼、以前不能做什麼?請自己出一個含負數的和,寫出交換等式與兩邊的值。
  7. 什麼樣的式子不能用這一課的規則?(舉一個,說明為什麼值會不同。)