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如何认识分数?
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
√2
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。
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。
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
= 2 × 1/5 =1/5 + 1/5。
利用分数单位, 容易得到同分母分数的加法: 1/5 + 2/5 =
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。
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
× 1/2 = 1/10。原来单位与新单位的关系是1/5 =
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
=
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:
a/b + c/d = ad/bd + cb/db = (ad + cb)/db。
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:
小红家有鹅4只, 是鸭子数量的1/3, 问有几只鸭子?
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
× 3 =12只鸭子。
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。
对于上面的问题, 更一般性的表达是这样的: 如果用x
表示鸭子的数量, 得到比例关系4 : x =
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
= 4 ÷ 1/3 = 4 × 3
=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。
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:
增长率 = \[( 今年GDP -- 去年GDP) / 去年GDP\] × 100%。