当今世界,互联网高度发达,信息流通飞快,引发了知识大爆炸。然而,知识多不等于知识精。有时,一道简单的小学算术题都会难倒一片人。
据《成都晚报》五月十三日的报道,一道小学算术题 6÷2(1 + 2) 在美国最大的的网上社交网站(Facebook)上迅速窜红。不久,这道算术题又在国内各大网站风靡起来。据估计,全球共有342万网友解答了这道题。结果,有192万余人答对,149万余人答错。网友们的答案很不一致,有的回答是“7”,有的回答是“6”,但绝大多数网友的答案都集中在“1” 和“9”上。遗憾的是,出题者并没有给出标准答案,以致不少网友在网上大打口水战。
《成都晚报》为此还专门采访了专业人士。一位数学硕士说这道题不规范,原因是括号前面不能随便省略掉乘号。一位小学数学老师认为,这道题不严谨,但很有创意,有利于培养学生的创造力。
很多网友也就这道题的正确已否发表了评论。多数网友认为,问题的关键在于 2(1+2) 这部分隐藏的乘号,说不清究竟应该先计算除法还是乘法。有些网友认为,这道题本身就有问题,似乎是在考大家的脑筋急转弯。有些网友甚至认为这是一道“语文题”,因为人们对问题的本身含义产生了阅读理解上的分歧。
人们不禁要问:这么简单的一道算术题怎么会难倒40%以上的参与者呢?原来,都是运算顺序惹得祸。在初等数学里,当一级运算(加、减)和二级运算(乘、除) 同时出现在一个式子中时, 它们的运算顺序是先乘除、后加减, 如果有括号就先算括号内再算括号外, 同一级运算顺序是从左到右。这样的运算规则叫“四则混合运算规则”,其中四则运算指的是加、减、乘、除。不过,“四则混合运算规则”没有明确规定省略掉的乘号比前面出现的除法优先,怪不得很多网友在“1“ 和“9”之间徘徊啦。
美国的数学教学一般不要求学生死记硬背公式和法则,而是要求学生灵活使用它们。美国采取“首字母省略词”(ACRONYM )PEMDAS 来记“四则混合运算规则”。PEMDAS 是Parentheses (括号)、Exponent (方幂)、Multiplication (乘法)、Division (除法)、Addition (加法)和Subtraction (减法)的首字母省略词。尽管它在字面上没有任何意义,读起来却琅琅上口。后来,有人创造性地将它变成了“Please Excuse My Aunt Sally”的首字母省略词。这样一来,PEMDAS就很好记了。不过,它的缺点是忽略了同一级的运算顺序。好在美国的小学一般不教四则运算,而是要等到初中才开始教。美国一般也只用小括号,而不用中括号和大括号;必要的时候再用小括号套小括号。计算机高级编程语言也都采用这一作法。
其实, 这是一道普普通通、简简单单的算术题。2(1+2) 中间省略了乘号也很正常,不会引起疑问。现代数学本身就是由数字和符号组成的。为简便起见,在数学表达式中人们常常将乘号省略掉,除非这样的省略会引起二义性。例如,数字和字母相乘的时候就可以省略掉乘号。另一方面,数字和数字相乘时则不能省略乘号。
计算机高级编程语言C,C++,C#,JAVA等都知道“四则混合运算规则”。不过,数字和括号之间不能省略乘号,否则的话编译器会抱怨有语法错误。当然,这些编程语言都是由人设计的。需要的话,人们完全可以重新设计这些语言让它们识别隐藏起来的乘号。
“四则混合运算规则”看起来像是人为的规定,至少括号是这样。要是人们最早规定加法和减法比乘法和除法优先,那么整个数学以及其它所有相关的学科都要改写。不过,我们只要仔细想一想就会发现“四则混合运算规则”是符合逻辑和常理的。比方说,某家有两个女孩和四个男孩。有一次,他们的父母给他们分苹果吃。每个女孩分到了三个苹果,而每个男孩则分到了五个苹果。请问这六个小孩一共分到了多少个苹果?这个问题只用加法也能算出答案是二十六。要是用乘法的话,我们可以先算出两个女孩共分到了六个苹果,而四个男孩共分到了二十个苹果,最后再将它们相加起来。这样,我们很自然列出了算式:2×3 + 4×5。如果我们按乘法和加法出现的顺序计算,就会得到五十这个答案。我们之所以得出这个错误的答案, 是因为改变了原来的题意。五十这个答案回答的问题是:“这两个小女孩一共又分到了四个苹果,这样重复了五天,请问这两个女孩在这五天一共分到了多少个苹果?”这对四个男孩太不公平了,他们的存在被完全忽视啦。
按照“四则混合运算规则”,加法和减法具有相同的优先级,而乘法和除法也有相同的优先级。其实,道理很简单:减法可以通过加上减数的负数而变成加法。同样,除法可通过乘上乘数的倒数而变成乘法。“四则混合运算规则”说同级运算从走到右进行,那是因为人们习惯于从左往右写字。“四则混合运算规则”通过括号改变运算顺序,实在是高明之举。
我们还可以从乘法和加法的分配律来看“四则混合运算规则”的合理性。分配律说的是三个数a, b, c 赋予加法和乘法后的等同关系:a(b + c) = ab + ac. 它的证明十分简单。让b 和c 分别代表男孩和女孩的总数,a 代表每个小孩拥有的苹果个数。那么,左式 a(b + c)先算小孩总数,再求总苹果数。右式分别算出所有男孩和所有女孩的总苹果数,然后再将它们加起来求总和。这样,我们有两种办法求这些小孩的总苹果数, 它们得出的答案当然应该相同啦。假如我们忽略左式的括号,那么得出的结果将是ab + c. 同样,假如我们按乘法和加法出现的先后顺序来计算右式,也会得到一个错误的结果(ab + a)c.
这样看来,“四则混合运算规则”是一个发现。它可不是一个一般的发现,而是一个重大的发现。它为代数和几何铺平了道路,从而推动了数学乃至其它所有相关学科的发展。
没人知道究竟是谁第一个发现“四则混合运算规则”的。古代埃及人、古代希腊人、古代巴比伦人、古代罗马人、古代印度人以及古代中国人都有可能。“四则混合运算规则”可能不是某个人单独发现的,而是一群人共同发现的。它也不像是在一夜之间被发现的,而是经过反复琢磨、认真推敲、仔细验证、广泛运用后才变成了一个规则。
十五世纪代数学在欧洲大发展,说明至少在那之前就有了“四则混合运算规则”。欧几里德的《几何原本》(“Euclid Elements”)是公元前三百多年成书的。它是由十三本书组成的,从头到尾都是几何图形、数学推导和数学证明。因为那时还没有数学符号,所以《几何原本》全是繁琐的文字叙述, 竟然见不到一个数学公式。其中,第二本书是用几何的方法证明现代的代数公式,第一个定理更是证明了乘法和加法的分配律。所以,我们可以大胆地假设,欧几里德是“四则混合运算规则”的鼻祖。
印度数学家 (公元598–668 年) 因为发明了零这个数而闻名遐迩。据说,他还发现了加、减、乘、除和“四则混合运算规则”。其实,中国古代最伟大的数学专著《九章算术》对分数的四则运算法则就有了详细的论述。《九章算术》大约成书于西汉时期 (公元一世纪前后)。其中,第一章 “方田” 中介绍了分数的四则运算。和欧几里德的《几何原本》一样,《九章算术》全是通过文字来表达的。遗憾的是,《九章算术》没有讲到分数的四则混合运算。中国古人没有发现“四则混合运算规则”也许和那时的书写格式有关, 毕竟他们当时是竖着从上至下、再一列一列地从右往左书写的。
这道小学算术题本身并不难,难就难在当今世界知识太多,难免顾此失彼。难道真像歌德所说的 “知识越少越准确,知识越多,疑惑也就越多”?