看板 WomenTalk
作者 a58524andy (a58524andy)
標題 Re: [問題] 徵求數學高手解題
時間 Tue Nov 13 20:48:51 2018


※ 引述《oooooee ()》之銘言:
: ※ 引述《s58565254 (猜囉)》之銘言:
: : 圖中(沒附圖)
: : 有四個盤子,每個盤子有兩個糖果,請問全部有幾個糖果?
: : 這題為什麼一定要
: : 2*4=8 不能4*2=8
: : 2*4=8的意思不就是
: : 每盤2個,總共有四盤,所以有8個
: : 跟4*2=8的意思
: : 有四個盤子面各有2個糖果,所以有8個
: : 這到底差在哪好裡為什麼4*2=8列式是錯的??
: 這順序根本就沒差好嗎
: 只有特別龜毛的老師才會覺得有差
: 而且這種老師肯定也把假分數扣分,自己規定一定要帶分數形式
: 或者是自己課堂規定寫1/2,寫0.5者扣分
: 回歸正傳,如果乘法的順序有差
: 那麼
: F=ma
: F=am
: 請問那個老師能指出差異嗎?
: 沒多少學問的中小學老師才愛找學生麻煩

概要寫前面
了解手上操作的東西的定義才能做事
相信公設、熟稔自己操作的東西是個什麼,這才比較像數學的本質
這題改錯是為了提醒學生要注意算子的定義
可交換什麼的不是general case

另外我也不是本科,有錯麻煩指正個

運算子的前後一般是有順序差異的
最常見的例子就是有理數系的「除法」
或說,試著乘上後者的乘反元素
let A!=0 ,B!=0
假如我們寫下A/B
依照「/」這個算子的定義我們表達的事情是 A*(b)
也就是「前者乘上(後者的乘反元素),如果後者不為0元素」
根據我們習慣的乘法公設我們可以知道
因為A、B都不是0元素,所以存在a作為A的乘法反元、b作為B的乘法反元
因為B的乘反元b剛好真的存在的關係,所以這句話我們可以放心地「/」下去
而假如我們寫下「B/A」,同樣地按照一般的「/」算子定義
我們想要表達的事情是 B*(a)
可以看出兩個式子指的是完全不同的事情
不可交換也是很容易可以推得的

另外一個常見的例子是國中引入的、給矩陣使用的「乘法」
在這個例子下我們討論的是有限維度的實矩陣
所採用的乘法實際上可以視為對左矩陣col取線性組合
也可以視為對右矩陣row取線性組合
總之這個例子我們也可以很快發現這個 矩陣乘法算子 前後operand對調的意思不一樣
所產生的結果自然也不一樣

還有一個常見的「算子有左右之分」的例子是一般常見的程式語言
// ptt.cpp
int i = 0; // valid.
int 0 = i; // compile error
這裡的"="是賦值
很明顯的我們不希望常數也可以被賦值,所以compile不會過
這也是個算子前後該放的東西不一樣的一個例子

從上面這三個例子我們可以看出
算子本身常常是不對稱的
寫在哪邊的意思差很多

「乘」這個算子也不例外

那麼,中文的語句到底該怎麼對應到「*」這個運算子的兩側呢?

如果是對應生活化的問題的話
https://goo.gl/tuD4AG
https://i.imgur.com/cK3NdD4.png
[圖]
 
「…。等組型題目是先確定每組個數相同,
再將每組的物體聚集在一起,其中涉及單位量和單位數 2 種單位,…」

也就是說,中文而言,我們習慣把「每個單位有多少量」放在乘法算子的前面
「共有多少個單位」放在後面
也就是說,至少對於有理數系,我們定義的「*」的用法是
「把前者累加很多次,多少次呢?剛好後者這麼多次」
例如:
kp每天固定抓頭抓掉60根頭毛,整個十月共抓掉了幾根?
這題來說我們想要知道
10/1掉了60根
10/2掉了60根
(ry
10/31掉了60根
60 + 60 + 60 + ... + 60
by definition我們知道這可以寫成60*31
by 計算機/表/按照定義算,我們可以知道總共是1860根
因此kp整個十月自己抓掉了1860根頭毛
假如要說這個例子要用31*60去算
要嘛學生已經非常熟悉了有理數系交換律
要嘛學生絕頂聰明
他認知到了十月的每天都有第一根頭毛掉下來,共有31天,簡單加法得到31根
十月的每一天都有第二根掉下來,共有31天,簡單加法得到31根
(ry
我要這樣做60次,所以我才寫了31*60
either case如果附上理由說明的話,我想老師應該會給點分數


常見問題:

Q1:
「外國都不是這樣寫啊,數學這東西總有且僅有個定義才是對的吧」
me:
首先我很慶幸你有「有且僅有」之類的觀念
但是一個數學系統是不需要從同一個定義、同一組公設出發的
尤其在我們基本上可以把這兩種系統視為一模一樣的系統的時候
例如你開心的話你家的
https://i.imgur.com/0MaUtXY.png
[圖]
 
可以定義成前者改成前者自己的乘反元、放到乘法算子前面
後者直接放到乘法算子後面
兩者再進行運算
只是這樣別人提到a/0會出事的時候
你覺得奇怪的點在於「這很正常啊,奇怪的是0/a這個狀況吧」而已
btw 這是因為一般沒有定義0的乘反元素

也就是說
剛好就只是外國的「multiplication」算子前面後面剛好跟我們放反邊而已
容易驗證這兩個語言定義的field基本上是同構的 吧…說不定我漏了些步驟
也就是說我們兩種看似相反的寫法實際上指涉的事情可以說是極盡相似的

加上大家都熟悉了有理數系乘法的交換律
所以平常寫前寫後都沒在管一開始到底怎麼定義的

Q2:
實際上先看到四個盤子再看到每個盤子有兩個糖果
所以我寫4*2
很對啊
me:
麻煩翻一下上面的pdf以及kp頭毛例子
如果你不覺得這個定義適合中文使用的話
那麼你會回到上面Q1,只有你覺得0/a這句話很奇怪的情況

Q3:
為什麼要在小學扯矩陣扯operator扯不可交換環?
實數裡面就長這樣啊
me:
可是瑞凡
只有談實數系的話我們缺了很多東西
不如一開始就讓學生知道、習慣不是所有符號寫在兩邊都沒差的
只有有理數加法跟有理數乘法剛好方便到我們可以亂玩





總而言之,乘法就是個二元算子
給定一個集合,我們可以隨意地定義這個算子左右兩邊的符號該怎麼操作
只要它長得夠「像」一般常見的實數乘法我們就稱作他是「乘法算子」了
甚至討論的東西裡根本沒有一般認為的「數」也是沒問題的


然而並不是所有集合內都能找到很好的、可交換的結構
這時候我們需要做出些取捨
交換律常常就是一個被丟掉的東西,僅此而已

就算不可交換我們也可以玩出很多花樣
最易懂、最常見、又很實用的例子是線性代數
而線性代數入門正是矩陣
因此前面幾篇常常可以看到這兩個字

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 140.112.25.29
※ 文章代碼(AID): #1RwiWsiV (WomenTalk)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/WomenTalk/M.1542113334.A.B1F.html
※ 同主題文章:
11-13 01:53 shoppinglin.
Re: [問題] 徵求數學高手解題
11-13 20:48 a58524andy.
aikotoba: 中文習慣把量在前面??
這個有有統計推論嗎??
我倒覺得這是教改人員自己的偏見1F 42.73.164.175 台灣 11/13 20:59
DaiRiT: 美國小學不用交換律也能寫31x604F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:05
a58524andy: 無論如何,算子兩側該做的事常常不一樣,交換律是很好用,但不一定都能用5F 140.112.25.29 台灣 11/13 21:05
DaiRiT: 習慣不等於定義7F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:08
pttuser112: 推 原po不用浪費時間跟固執己見的人吵8F 123.195.46.33 台灣 11/13 21:08
DaiRiT: 我反對用非交換群來規定滿足交換群的非零正實數乘法只能一種寫法9F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:09


可能我說的不夠直接
台灣來說operator multiplication對於一般中小學有理數系
左邊就是要放重複n次的東西
n是啥?就右邊那個
交換律是後來的事情
歪果怎樣跟這個定義沒有什麼關係
並且我們也可以證明這種作法建構出來的有理數系基本上跟歪果寫得那套一樣
交換律的關係我們也常常前後亂寫、得到的結果是一樣的
但是這不代表我們不需要教導operator左右的operand in general
該做的事情不是一樣的這件事
※ 編輯: a58524andy (140.112.25.29), 11/13/2018 21:12:09
DaiRiT: 某樓自介嘍11F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:10
nutta: 推這篇,尤其是Q1,豁然開朗的感覺,感謝12F 101.12.184.163 台灣 11/13 21:12
DaiRiT: 嚴格來說 乘法不是加法定義的13F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:13

至少在數系只討論正整數、有理數的時候,這個定義可以讓它符合乘法公設
ie 結合 交換 1元素 反元素 加法vs乘法分配律
也符合日常使用的方式
so, why not?
實數系的話可以說我們只是找了個奇葩的二元運算子沒錯
看你怎麼建構實數系的
而這裡的乘法運算子我們選擇了前後該放這樣意義的東西
也就是說前後互調實際上指涉的是另一件事
剛好我們的乘法很好,所以交換律成立
※ 編輯: a58524andy (140.112.25.29), 11/13/2018 21:17:33
DaiRiT: 而是由皮亞諾公設開始從自然往上建構,加法乘法的分配律交換律都是這樣來的
更正 自然數14F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:14
nutta: 如果穿越到科技進展一模一樣,可是定義方式完全不同的異世界不知道會不會很痛苦(?)不過在那之前先煩惱語言包好了,穿越不一定那麼佛(自己吐槽)17F 101.12.184.163 台灣 11/13 21:15
DaiRiT: 也就是說在説實數乘法的時候 交換律是本來就存在的
而且照你所說的話 小學加法也不應該前後對調21F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:15
a58524andy: 我想這部份沒人清楚定義沒錯
相信你也沒看過加法被人扣分吧25F 140.112.25.29 台灣 11/13 21:18
DaiRiT: 乘法位置也沒人定義啊27F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:19
aikotoba: 我當然知道運算子前後代表意義不同 但是28F 42.73.164.175 台灣 11/13 21:19
a58524andy: 至少我貼的pdf、大多數書商採用這樣前面放該被重複的東西、後面重複次數29F 140.112.25.29 台灣 11/13 21:20
DaiRiT: 運算子不同 純量向量不同 怎麼會拉矩陣救援?31F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:21
aikotoba: 強迫後面放單位 然後一味的指責另一種寫法 我是覺得很問號33F 42.73.164.175 台灣 11/13 21:21
DaiRiT: 你會用外積不能交換來說內積不能交換嗎
不用說矩陣 光是數系不同 運算過程就不同了 不同原因來自不同數系的性質35F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:22


所以這裡可交換也只是湊巧整個整數、有理數、以至於實數都這麼巧給我們
矇到了這麼個簡單有效、效果一致的「operator *」而已

內積的話兩邊元素本來就要是同一個向量空間的東西啊
何況定義內積的時候我們本來就希望它符合交換律這個axiom
然而很多東西通稱為「乘法」,這些東西可能也很像,但是in general他們就不是
可交換的啊
你要說不可交換就不是乘法也行,但是就是跟別人溝通增加了些許阻礙
※ 編輯: a58524andy (140.112.25.29), 11/13/2018 21:27:32
DaiRiT: 同樣根號相乘 實數相乘與虛數相乘一樣嗎38F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:24
aikotoba: 我要說的是在小學講求運算子邏輯反而才是本末倒置的做法39F 42.73.164.175 台灣 11/13 21:24
DaiRiT: 說真的 除法如果改成乘法反元素也是能交
同意ai大41F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:25
creativity8: 蜂蜜檸檬解答http://bit.ly/2zRoNOE44F 122.118.220.251 台灣 11/13 21:28

 
DaiRiT: 那不是矇到的 是他本來就有的性質
不同數系 不同運算子有不同性質 運算過程當然可能不一樣
重點在於瞭解數系本身的性質與觀念45F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:29
a58524andy: 至少實數不是喔 可能你會對分析導論有些興趣49F 140.112.25.29 台灣 11/13 21:30
DaiRiT: 還有各種運算子
我是說以小學這邊的非0正實數例子
是滿足交換群的51F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:30


可能那位學生知道這兩個式子可以有一樣的結果,因為交換律
可能那位學生已經修過抽象代數、知道自己可以寫一個拿後者來連加的算子
並且知道這兩個算子可以說是像到了極點
只是這個算子放的東西跟台灣習慣的剛好反邊,因為他覺得這樣比較順眼
可能那位學生什麼都不懂,只會看到阿拉伯數字看到「總共」就套表背表
但是他的老師不知道他知道什麼不知道什麼
一個簡單可行的方法就是扣分
如果好好附上自己認為正確的理由的話
我想老師不會多說什麼的
※ 編輯: a58524andy (140.112.25.29), 11/13/2018 21:44:38
DaiRiT: 對了 還有一點,我們自己在運算的時候即使我們很熟但未必會用到交換律,像我就可以先想到31天一天掉60根變成31x60
我們切入的起點不同罷了,無關交換律
學生也是可以如此思考,如同美國小學教法像在算排列組合的時候,切入起點不同,算式就會不同,但完全沒用到交換律的觀念54F 110.28.193.130 台灣 11/13 21:46
gamlty99: 回D,那以您的例子,您覺得答案的單位是"根"還是"天",是算了31次,還是算了60次(幾次相當於N)?
生活上不是常在講N次N次?61F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:10
DaiRiT: 不管哪個單位都是根啊 :31天x60根/天 或 60根/天x31天
單位正確就不會有31次還是60次的問題65F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:11
gamlty99: 所以N=31,31是乘數,單位天不重要,對嗎?
只是N次寫前寫後的差別而已68F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:13
DaiRiT: 天重要啊 31寫前寫後都要加天啊
我上面不是寫了嗎71F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:15
gamlty99: 可是你我都同意答案說單位是"根",被乘數60單位也是根,算了n=31次,有注意我完全沒提到"天"這個單位嗎?73F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:18
DaiRiT: 60的單位是根/天。31的單位是天
乘起來天銷掉所以答案單位是根
清楚了嗎76F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:19
gamlty99: 如同3X,單位跟著X,3的單位是什麼重要嗎? 我只要知道是X算了3次79F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:20
DaiRiT: 你速度60(m/s) 走31秒 位移多少?
這題有單位啊 你的3跟X分別代表什麼嗎?還是只是單純符號運算?81F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:20
gamlty99: 60公尺算了31次,1860公尺84F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:21
DaiRiT: 是60m/s x 31s 答案單位是m
60公尺 這裡你的單位公尺是錯的
速度單位不是公尺 是公尺/秒85F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:22
gamlty99: 您回去看看您一開始給的單位是60"根",還是60"根/天"?88F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:23
DaiRiT: 知道量綱嗎
我寫60根/天哦
/的意思是per
一天掉60根=60根 每 天=60根/天90F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:23
gamlty99: 56樓,謝謝94F 180.217.143.130 台灣 11/13 22:25
DaiRiT: 有沒有人要幫我跟這位大大解釋量綱啊
一天掉60根=60根天
更正 60根/天
一天掉60根=60根/天
一秒走60公尺的速度單位是m/s95F 110.28.193.130 台灣 11/13 22:25
DaiRiT: 1顆/盤+1顆/盤 = 2顆/盤
我沒有那樣寫啊。你複製到哪
你加油吧 我不回嘍720F 110.28.193.130 台灣 11/14 22:28
gamlty99: 對比 1顆/盤+1顆/盤 = 2顆/盤
1支/盒+1支/盒 = 2支/盒 ?723F 220.132.76.39 台灣 11/14 22:29
理解了,謝謝725F 1.200.209.188 台灣 11/14 23:36
shownlin: 我覺得DaiRit說的是對的欸...
小學生強制運算子左右邊放什麼已經本末導致了
倒置726F 220.141.80.237 台灣 11/15 02:21

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(a58524andy.): Re: [問題] 徵求數學高手解題 - WomenTalk板