19世纪美国教科书中,长除法通常以除数、被除数、商同行的括号分隔形式呈现。约翰·希尔(John Hill)1772年的《算术》(Arithmetick)展示了这种符号,并在小数除法中使用上划线(vinculum)标记被除数。詹姆斯·B·汤姆森(James B. Thomson)1882年的《完整分级算术》(Complete Graded Arithmetic)中,短除法符号的下划线几乎与闭括号底部连接,商写于下划线下方。而G·A·温特沃思(G. A. Wentworth)1888年版《代数基础》(The Elements of Algebra)的教师版中,上划线几乎与闭括号顶部相接,商写于上划线之上。
詹姆斯·B·汤姆森(James B. Thomson)1882年的《完整分级算术》(Complete Graded Arithmetic)中,短除法符号的下划线几乎与闭括号底部连接,商写于下划线下方。而G·A·温特沃思(G. A. Wentworth)1888年版《代数基础》(The Elements of Algebra)的教师版中,上划线几乎与闭括号顶部相接,商写于上划线之上。丹尼尔·W·菲什(Daniel W. Fish)1901年的《鲁宾逊完整算术》第二版延续了汤姆森的符号体系,但下划线实际与闭括号相连。大卫·尤金·史密斯(David E. Smith)指出:“长除法符号的现行排列方式无法确定确切起源时间,因其演变过程具有渐进性。”
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短除法(Short Division)是在分解质因数时,在被除数的下边,直接写出商来,而不再一一写出各步的积以及剩余数的除法格式。
具体来说短除法是:先把各个数公有的因数从小到大依次作为除数,连续去除这几个数,把除得的商写在该数的下方,一直除到各个商只有公因数1为止,然后把所有除数连乘起来,所得的积就是这几个数的最大公因数。短除法也可用来求最小公倍数。
运用短除法求最大公因数和最小公倍数的理论基础是分解质因数,在求“两最”的实际演算操作中,往往将分解质因数和筛选共有质因数同步推进,将两个数放入一个短除号内进行同步分解,因此,短除法应运而生。
19世纪美国教科书中,长除法通常以除数、被除数、商同行的括号分隔形式呈现。约翰·希尔(John Hill)1772年的《算术》(Arithmetick)展示了这种符号,并在小数除法中使用上划线(vinculum)标记被除数。詹姆斯·B·汤姆森(James B. Thomson)1882年的《完整分级算术》(Complete Graded Arithmetic)中,短除法符号的下划线几乎与闭括号底部连接,商写于下划线下方。而G·A·温特沃思(G. A. Wentworth)1888年版《代数基础》(The Elements of Algebra)的教师版中,上划线几乎与闭括号顶部相接,商写于上划线之上。
定义
短除法(Short Division)是在分解质因数时,在被除数的下边,直接写出商来,而不再一一写出各步的积以及剩余数的除法格式。它是长除法的省略形式。
简史
除号(÷)作为除法符号首次由约翰·拉恩(Johann Rahn,1622-1676)在1659年的《德意志代数》(Teutsche Algebra)中使用。拉恩的著作于1668年由约翰·佩尔(John Pell)翻译并增补后在伦敦出版,保留了该符号。尽管有观点认为佩尔可能是符号发明者,但无直接证据支持这一主张。19世纪美国教科书中,长除法通常以除数、被除数、商同行的括号分隔形式呈现。约翰·希尔(John Hill)1772年的《算术》(Arithmetick)展示了这种符号,并在小数除法中使用上划线(vinculum)标记被除数。
詹姆斯·B·汤姆森(James B. Thomson)1882年的《完整分级算术》(Complete Graded Arithmetic)中,短除法符号的下划线几乎与闭括号底部连接,商写于下划线下方。而G·A·温特沃思(G. A. Wentworth)1888年版《代数基础》(The Elements of Algebra)的教师版中,上划线几乎与闭括号顶部相接,商写于上划线之上。丹尼尔·W·菲什(Daniel W. Fish)1901年的《鲁宾逊完整算术》第二版延续了汤姆森的符号体系,但下划线实际与闭括号相连。大卫·尤金·史密斯(David E. Smith)指出:“长除法符号的现行排列方式无法确定确切起源时间,因其演变过程具有渐进性。”
优点特性
短除法的格式简洁直观,充分体现了求“两最”的流程、算理、技巧,算式美观整齐,易学易懂易操作。实践证明,学生在求“两最”时,乐于使用短除法。比如:在“求最大公因数”的综合应用题中,计算、约分等步骤,一般都是处理两个数。按照短除法的原理,先预判两数是否为2、3、5的倍数,然后直接用两个数的共有质因数进行整除,一步步化为最简分数。再如解答“最小公倍数”应用题时,在计算、分母通分时,用短除法更容易找出两个分数的最小公分母,步骤简练,计算的效率和准确性也有了保障。
灵活性
短除法在求取最大公因数时具有一定的灵活性。在使用短除法时,每一步提取的公因数不一定非要是质数,它也可以是合数。关键在于,这个被提取的公因数必须是待测数的公因数,其大小没有限制。如果能够一步到位地找准两数的最大公因数,那当然是最理想的。如果不能,就需要一步步地检索完两个数的所有公因数,尽可能用最少的步骤快速找完所有并列的公因数。
值得注意的是,与列举法不同,短除法在每一步找出的公因数(即使是合数)都是互斥的,互不交叉包含。例如,当对72和48进行短除时,第一次短除提取的公因数是4,第二次短除提取的公因数是6。这两个公因数是独立互斥的,各自包含一个质因数2。如图1,72和48的最大公因数就是这两个公因数的积,即4×6=24。由此可见,短除法每次提取的公因数可以是合数,大小不限。但是,这个过程需要一直进行到剩余因数互质为止。例如,在上述例子中,剩余的因数为3和2,它们互为质数,这说明短除已经触底,无法再继续进行。
另外,在求多个(三个及以上)数的最大公因数时,方法相似,可以将三个数一并短除。但是,在求多个数的最小公倍数时,则不能一并短除,而要采取两两短除的方式。具体步骤是先求出两个数的最小公倍数,再用这个最小公倍数与第三个数进行短除,从而求出三个数的最小公倍数。如图2、3、4。
相关概念
长除法是一种正式的除法计算方法,常被称为"巴士站法"或"标准算法"。其书写形式与短除法(short division)不同,呈现方式较为松散。长除法最常用于除数为较大数位的运算——在课程标准中,通常指两位数除数(或作为拓展挑战的三位数除数)。该方法既适用于能整除的情况,也可处理有余数的运算。下图提及的前两个案例更常被称为"部分商法"或"分块计算法";第三个案例则是短除法书写形式的扩展版本。
理论基础
运用短除法求算“两最”(最大公因数和最小公倍数)的理论基础是分解质因数。具体步骤如下:首先,对两个数分别进行质因数分解。例如,对于18和30:18可以分解为2×3×3;30可以分解为2×3×5。接下来,提取两个数的共有质因数以及各自的独有质因数。在这个例子中,共有质因数是2和3,而独有质因数分别是18独有的一个3,以及30独有的一个5。然后,将各个共有质因数相乘,求出最大公因数。对于18和30,最大公因数是2×3=6。最后,将全体共有质因数与各自独有质因数相乘,求出最小公倍数。对于18和30,最小公倍数是2×3×3×5=90。
应用
分解质因数的通用方法是短除法,可以通过短除法的图示来辅助理解这一过程,如下:
(a)图展示了单独对18进行质因数分解的过程;(b)图展示了单独对30进行质因数分解的过程;(c)图展示了将18和30放入一个短除号内进行同步分解的过程,这也是在实际求“两最”时常用的方法。分解质因数的理论基础是算术公理,它表明任意一个大于1的自然数,都能分解成若干个质数的积,并且这样的分解式是唯一的,即任何一个数的质因数的大小与数量是固定的,因此,两个数的共有质因数的大小以及数量也是固定的,剩下的独有因数也是不变的。另一方面,由于每个数都是通过一步步做除法求出质因数,各个质因数之间是相乘的关系,这也证实了利用“乘积”求出“两最”(最大公因数和最小公倍数)的合理性。求“两最”的短除法与分解单个数的质因数方法相似,唯一不同的是,在求“两最”时需要利用以下定律:两个数的所有共有质因数是它们最大公因数的因数,两个数的最小公倍数是它们所有共有质因数和独有因数的乘积。
计算最大公因数
首先,把18和30分别分解质因数:18=2×3×3,30=2×3×5接着,求它们的最大公因数:由分解质因数的结果可以直接判断,18和30的共有质因数为一个2和一个3。于是,全体共有质因数的乘积为2×3=6。毫无疑问,这个乘积是18和30的公因数,且由于这个乘积是将所有共有质因数求积得出的,它必然是公因数中最大的那个。因此,两数的最大公因数必然是两数所有共有质因数的乘积。
计算两数最小公倍数
计算两数最小公倍数的原理剖析:两数的所有公倍数,一定是这两个数的倍数。例如,18和30的所有公倍数,既是18的倍数也是30的倍数。根据倍数的传递性,这些公倍数也一定是这两个数所有因数(包括非质因数)的倍数。这意味着,要找到一个数,它既是18的所有因数的倍数,也是30的所有因数的倍数。
为了得到最小公倍数,需要确保这个数包含的质因数尽可能少。具体来说,对于两个数的共有质因数,只在计算中包括一次,不重复计算。以18和30为例,它们的共有质因数是2和3(注意,这里的3只计算一次),而18独有的质因数是另一个3(因为18=2×3×3),30独有的质因数是5(因为30=2×3×5)。因此,18和30的最小公倍数就是这些质因数的乘积,即2×3×3×5=90。简而言之,两个数的最小公倍数,就是这两个数所有共有质因数与各自独有质因数的总乘积。
相关争议
刘畅老师的论文《重在怎样教“短除法”》(下文统称为“《刘版》”)和陆晓林老师的论文《也谈“短除法”》(下文统称为“《陆版》”)阐述了对于短除法教学的不同观点。对于短除法,在现行课标部署下,教材一般作出两种处理方案:一种方案是将短除法这一知识点作为计算最大公因数和最小公倍数(后文简称“两最”)的拓展内容,作为番外篇单独编排在附录中,是否教学该内容让一线教师难以取舍。另一种方案是将短除法作为正式内容放入主篇幅,简省了算理分析只教算法,这样一来,虽然是必修内容,但是讲不讲解算理也让教师颇为踌躇。《刘版》的看法是教短除法责无旁贷,并从算理的角度作了详细论述。而《陆版》则以实验班和普通班作为对象进行对照试验,倾向于放弃短除法的教学,认为“弃用短除法启用列举法才是两利相权取其重”。
参考资料
Earliest Uses of Symbols of Operation.math.hawaii.edu.2025-05-23
..2023-12-24
What Is Long Division? Explained For Elementary School.thirdspacelearning.2025-05-23