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如何认识分数?
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虽然可以把分数看作是除法运算的一种表示(参见问题13),但分数本身是数而不是运算。人们通常称形如a/b的数为分数,称其中的a为分子b为分母,在一般情况下,要求分子和分母都是正整数。古希腊的学者对分数进行了深入的研究,他们最初认为现实中的所有数量关系都能写成分数的形式,也就是说,所有的数都能够用整数表示,后来发现
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√2
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不能写成分数的形式,于是称能写成分数形式的数为有理数,不能用整数表示的数为无理数。详细讨论参见附录的话题13。
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分数的本质在于真分数,即分数的分子小于分母。这样的分数有两个现实背景:一个是表达整体与等分的关系,一个是表达两个数量之间的比例关系。我们称后者为整比例关系。
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整体与等分关系。问题的关键是对整体的等分。比如,把一个月饼等分为5份,那么其中的一份是1/5,两份是2/5。应当注意到的是,通过等分得到分数单位:前面所述的1/5就是分数单位,而2/5表示的是两个分数单位:2/5
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= 2 × 1/5 =1/5 + 1/5。
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利用分数单位,容易得到同分母分数的加法:1/5 + 2/5 =
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3/5;这个运算表示的是:一个分数单位加上二个分数单位等于三个分数单位。
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对于分母不同的分数的大小比较、以及加法运算,必须对原有的分数单位进一步等分。比如,对分了5份的月饼的每份再二等分,得到的新单位是原来整体的1/10,即1/5
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× 1/2 = 1/10。原来单位与新单位的关系是1/5 =
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2/10;进一步,原来单位的两份等价于新单位的四份:2/5 = 2 × 1/5 = 2 × 2/10
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=
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4/10。正是因为这个原因,才有通常所说的分数的性质:分数的分子和分母同时扩大或者缩小相同倍数,分数大小不变。这样,分母不同的分数的大小比较可以化为分母相同的分数大小的比较,进而得到一般的不同分母分数的加法运算法则:
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a/b + c/d = ad/bd + cb/db = (ad + cb)/db。
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整比例关系。分数还可以表示两个事物量之间的比,或者说,以一个事物的量为基准对另一个事物的量进行整数倍的度量。比如,在一些小学数学教科书中有这样的例题:
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小红家有鹅4只,是鸭子数量的1/3,问有几只鸭子?
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其中的1/3说的就是比例:1只鹅对应于3只鸭子,2只鹅对应于6只鸭子,如此类推,4只鹅就对应于4
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× 3 =12只鸭子。
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解释1/3的含义是一个破题的过程,可以看到,有许多问题只要破题清楚,就自然而然地得到了解题的思路。因此,在小学数学的教学过程中,许多应用问题必须重视破题这个环节。
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对于上面的问题,更一般性的表达是这样的:如果用x
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表示鸭子的数量,得到比例关系4 : x =
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1:3。借助这个比例关系,可以通过两种运算方法得到所求结果,一种方法是上面所说的乘法,一种方法是教科书所希望的除法:鸭子数量
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= 4 ÷ 1/3 = 4 × 3
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=12。因此,这个例子也说明:除法是乘法的逆运算。详细讨论参见问题13和附录中的话题21。
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通过上面对两种关系的分析还可以知道,分数是一种无量纲的数。也就是说,无论是一块小月饼还是一个大蛋糕,如果分五份的话,那么每一份都是1/5,与整体本身的大小无关;无论是4只鹅还是4百只鹅,与鸭子的比例都是1比3,这个比例与数量的无多少关。正因为如此,现实生活中一些看来无法比较的事情用分数就可以进行比较了,这就是通常所用的百分数。比如,一个大国与一个小国的GDP(国内生产总值)是不能进行比较的,但这两个国家GDP的增长率是可以进行比较的,通常用百分数来表示这种增长率:
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增长率 = \[(今年GDP -- 去年GDP)/ 去年GDP\] × 100%。
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