整数与位值

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十个数字,写出了古往今来的每一个整数。这不是巧合,也不是一个随便换掉也行的约定 —— 它是同一个想法,一遍一遍地用:一个数字值多少,取决于它坐在哪里,而每一列都值右边邻居的十倍。

位值是什么,为什么要紧?

位值就是数字的值取决于它所在的那一位,每一位的值都是右边那一位的10倍。在 3,507 里,3 在千位,所以表示3,000;5表示500;0表示没有十;7表示7个一。把各部分加起来就还原成原数:3,000 + 500 + 0 + 7 = 3,507。这样成立,是因为十个一凑成一个十,十个十凑成一个百,十个百凑成一个千,所以十个数字就够写出任何整数。0是最容易让人出错的情况。它把十位占着,没有它的话,3、5、7 就都会往右挪一位,3,507 就变成 357,大约小了十倍。要检验一个数,就一位一位大声读出来:三千,五百,没有十,七个一。

1055

10 − 5 = 5,这就是 5 还差的数

找出 7 还差多少才到十。

没有进位记数法,每次数不够用就得造一个新符号 —— 罗马数字干的正是这件事,也正因如此没人用它做乘法。十个数字按十倍的价值反复用,只多花一个想法,换来的是对任意大小的数都能做算术。

孩子是分阶段遇见它的,而每个阶段都是实打实的一步,不是同一件事的更多遍。数数最先来:数到十敲定“你说出的最后一个词就是有多少”,一加一让第一道加法先是一幅画,而不是一条要背的口诀。写出二十以内的数是把写下的符号和嘴里的词对上号的地方 —— 对五岁的孩子来说这工作量惊人。

把它们推到一起数一数:1 + 1 = 2! 完整课程: 一和一
+
满一个十,再多 3。写作 13:1 数那个十,3 数余下的。 完整课程: 写出二十以内的数

比较是和数数并肩到的,不是排在它后面。多与少教的是把东西一对一配起来比,所以答案不押在数得准不准上。而数对 —— 凑五的数对,然后凑十的数对 —— 是后面一切都靠着的那一小把口诀,因为十正是整个体系围着搭的那个数。

把每个正方形和上面的配成一对。有 2 个没有配对。 完整课程: 多一些和少一些

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104?

4 + ? = 10

105?

5 + ? = 10

一个数怎么长过十?

一个数长过十,靠的是打捆:十个一凑成一个十,那个十写进左边新的一位。数8、9、10,个位的数字用完了,就回到0,十位变成1。十位和个位把这种打捆画成一捆十个方块,所以34就是3捆加4个散的,3 × 10 + 4 = 34。这样成立,是因为每一位只能装0到9的数字,第十个东西总会变成下一位的一个。装满的一位会向下一位进位。给99加1:个位到十变成进位,填满了十位,十位也进位,所以 99 + 1 = 100。数到一百把这个规律重复到感觉理所当然为止。要检验,就把这个数重新分组:100 是十个十,10 × 10 = 100。

十位个位077 已放下的个数

个位不足十个时,个位数字记录它们的个数,十位是 0 —— 还没有达到 10 = 1 个十

放下十个一,再把这一捆拖进十位列

23
23 是 2 组十和 3 个一。 完整课程: 十位和个位

然后同一件事原样再来。十个十是一百(百),十个一百是一千(千的方块,把一千画成一整块立方体,让从扁平的一百跳上来这一步看得见),同一个动作再做三次就到一百万 —— 这是数到一百万的主题。

1000
十个一百叠起来,是结结实实的一千:10 × 100 = 1000。 完整课程: 一千立方体
4,250,000the second comma splits millions from thousands
第二个逗号标出百万:4,250,000 就是 4 个百万加 250 个千。 完整课程: 数到一千万
百万位十万位万位千位百位十位个位
4207000

4,207,000 读作四百二十万零七千。那些逗号不是装饰 —— 它们把数字三个一组,好让“千”和“百万”这些词在读出声时落在该落的地方。

零是最难的部分,也是最要紧的部分。零不是“这里什么都没有”;它是“这一列空着,但它左边的列还在原地”。把 4,207,000 里的零抽掉就得到 427,一个小了四个数量级的数。

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81,511five digits, grouped in threes

在 81,511 中,哪一位数字表示万位?

672,463six digits, grouped in threes

在 672,463 中,哪一位数字表示万位?

怎么给一个数四舍五入,凑到哪一位?

要给一个数四舍五入,就看要保留的那一位后面紧跟的一位数字:5或更大就进位,4或更小保留位就不变,保留位之后的每一位都变成0。要把 2,650 凑到最近的千,保留千位的2,看百位的数字6,进位得到3,000。这样成立,是因为 2,650 落在 2,000 和 3,000 之间,从 2,500 起的每个数都更靠近 3,000。凑到哪一位由用途决定:快速估算用最近的十,大额金额用百或千。9进位时会连带进位:把 3,960 凑到最近的百,9个百变成十个百,发生进位,答案是 4,000。要检验,答案应该是保留位的倍数,并且离原数不超过半步。

最大值 5.45 × 3.25 = 17.7125最小值 16.8525L = 5.42W = 3.18面积 = 17.2356 m² · 5.4 × 3.2 = 17.28

L 落在 [5.35, 5.45],W 落在 [3.15, 3.25],所以面积 LW = 17.236 落在 [16.85, 17.71] 之内 —— 乘积的误差区间比任何一条边的误差区间都要宽

把两条边都拖到各自的上界,再把面积与 5.4 × 3.2 比较

05010047

大于等于中点的值向上舍入,小于中点的值向下舍入,因为中点到两边的距离相等

找出最小的、会进位的数

3,470 凑到最近的百 → 十位是 7 → 3,500。 3,428 凑到最近的百 → 十位是 2 → 3,400。

凑到最近的十在数轴上开这个头,“往上还是往下”在那里明明白白就是“你离哪个刻度更近”;凑到最近的百和千展示同一个动作往左挪一列,分毫不变。

45405047
47 在中点 45 的上方,向上舍入到 50。 完整课程: 四舍五入到十位
350300400347
347 在中点 350 的下方,向下舍入到 300。 完整课程: 四舍五入到百位和千位
做决定的只有一位。3,449 凑成 3,400 —— 尽管那个 49 几乎是 50 —— 因为“最近的百”问的是这个数过没过 3,450 那道中线,而 3,449 没过。连凑两次 —— 3,449 先到 3,450 再到 3,500 —— 是经典错误,错就错在让一个已经被舍掉的数字又投了一次票。

什么时候改用有效数字?

在数的大小事先不知道的时候。小数位从小数点数起;有效数字从第一个非零数字数起,所以不管数是一百万还是一个千分之一,它保住的细节比例相同。有效数字把数法定准,包括从来不算数的前导零和有时算数的末尾零。

00.010.0052
从5开始数,那是第一个非零数字——所以0.0052有两位有效数字。 完整课程: 有效数字

一位有效数字就够在信任几乎任何计算之前先验它一验 —— 一位有效数字估算把 38 × 512 在一秒钟里变成 40 × 500 = 20,000,这正好够你逮住一个算成 1,945 或 194,560 的答案。估算指南把这个习惯讲透。

四舍五入也有代价,而且代价能说得一清二楚。界限与误差区间说明:记到最近一厘米的 24 cm,其实落在 23.5 ≤ x < 24.5 里的某处;百分误差再把这道缝变成一个比例 —— 正是这种形式,才让桥上的误差和螺栓上的误差比得起来。

1111.51212.51311.5 ≤ x < 12.5
“12厘米,精确到厘米”意味着真实长度在11.5到12.5之间。 完整课程: 界限和误差区间

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100200135

把 135 四舍五入到百位

400050004671

把 4671 四舍五入到千位

负数是什么?

负数是数轴上0以下的数,写的时候带一个负号:−3 是在0下方三步的位置,就像3是在0上方三步一样。2度的气温下降5度会变成−3度,因为 2 − 5 = −3:先下降两步到0,再下降三步到0以下。负数遵守和正数一样的规则,因为它们在同一条数轴上,唯一新的是方向。加法向右移动,减法向左移动,符号告诉你这个数在0的哪一边。负数会把比大小的方向反过来。在数轴上,−8 比 −2 更靠左,所以尽管8比2大,−8 才是较小的数。减去一个负数是另一种情况,它会向右移动:4 − (−2) = 6。要检验,就在数轴上数步数,或者反过来算一遍:−3 + 5 = 2。

−20−15−10−505101520位置 6速度 3 m/s · 时间 2 s3 × 2 = 6vt−5 西+5 东−4 s (之前)+4 s (之后)

以速度 v 向东走,t 秒之后:位置 = v × t > 0,在起点以东

把速度设为 −4,时间设为 −3,找到行人的位置

零下在负数本来就住着的地方介绍它们:气温、地下楼层、欠的钱。负数排大小接着钉死那个人人都栽过的比较 —— −7 比 −3 小,因为它更靠下,哪怕 7 比 3 大。

−10°−5°0°5°10°
零不是刻度的尽头,它向下延伸——负数就住在那里。 完整课程: 零下
−10°−5°0°5°10°−7°
−7在−2下方,所以更小。更大是位置更高,不是看起来更大。 完整课程: 负数的大小顺序
把负数读成“一个带着负号的大小”,排序才显得反着来。改读成一个位置:−7 是从零往下七步,−3 是往下三步,更低就是更小。数轴不是绕着零的一面镜子;它是一条一直走下去的路。

跨过零的加减

加法向右走,减法向左走,不管你从零的哪一边出发。跨过零的加减专练这些穿越:−4 + 7 = 3 是先四步爬到零,再往前三步。

−10°−5°0°5°10°−3°+5
加法依然是上升:−3 + 5穿过零向上,停在2。 完整课程: 跨越零的加减法

减去负数是那个需要理由、光有规则不够的动作,减去负数给了两个。第一个是规律:5 − 1 = 4,5 − 0 = 5,5 − (−1) = 6,每次涨一,在换号的地方没有一丝裂缝。第二个是含义:拿走一笔三块钱的债,你就宽裕了三块,所以 5 − (−3) = 8。

5 − ?231405−16−27
所以5 − (−1) = 6,5 − (−2) = 7。减去负数就是加上它。 完整课程: 减去负数

绝对值是只关心距离的那些时刻用的工具。|−7| = 7 —— 离零多远,不管朝哪边 —— 有了它,一条公差写一遍就够,不用写两遍。

为什么两个负数相乘得正

因为乘一个负数是调转方向,调转两次就又朝前了。负数的乘除把同一个论证摆成一条不肯断的规律:

× (−2)3−62−41−200−12−24
所以−1 × −2是2,−2 × −2是4。两个负数相乘得正数。 完整课程: 负数的乘法和除法

3 × (−2) = −6,2 × (−2) = −4,1 × (−2) = −2,0 × (−2) = 0。每个答案比上一个高 2。让这条平稳的爬升继续走,就得到 (−1) × (−2) = 2。

这不是为了好看才选的约定。要是 (−1) × (−2) 等于 −2,乘法对加法就不再分配,算术的其余部分会散架。这条规则是被“想让别的规则继续成立”逼出来的 —— 符号规则之所以是它那个样子,通常就是这个原因。

不用代数怎么解整数应用题?

很多整数应用题都有一个眼熟的样子,每种样子都有一套不用给未知数设字母就能用的办法。每种办法其实也是一个乔装过的方程,列方程把同一类题目用一个字母写一遍就能看出来。六种样子覆盖了大部分:间隔问题、假设法、盈亏问题、两次称重的容器、倒推,还有消去法。第一种是间隔问题。一道 60 米长的篱笆,每隔 4 米一根柱子,从一头到另一头,有 60 ÷ 4 = 15 个间隔,柱子比间隔多一根,所以是 16 根柱子。先数间隔,因为量出来的长度除的正是间隔。一座打3点要4秒的钟,3声之间有2个间隔,所以每个间隔2秒,打7点,6个间隔,要12秒。

假设法处理混在一起的两种东西。一个农场有鸡和兔子共20只,腿一共56条。假设20只全是鸡:那是40条腿,少了16条。每把一只鸡换成兔子就多2条腿,所以兔子有 16 ÷ 2 = 8只,鸡有12只。验算一下:8 × 4 + 12 × 2 = 32 + 24 = 56。盈亏问题比较两种分法。每个孩子分4支铅笔,剩10支,每个孩子分6支,差6支。第二种分法比第一种多需要 10 + 6 = 16支铅笔,每个孩子多拿2支,所以有 16 ÷ 2 = 8个孩子,铅笔 4 × 8 + 10 = 42支。验算:6 × 8 = 48,比42多6。

两次称重的容器靠减法把里面装的东西算出来。一罐装满米重1500 g,装到一半重900 g。差的600 g是半罐米的重量,所以整罐米是1200 g,空罐子重 1500 − 1200 = 300 g。倒推把每一步按相反的顺序还原。有人拿走一叠卡片的一半,又多拿了3张,剩下9张。在多拿的那3张被拿走之前,有 9 + 3 = 12张,这12张正是剩下的那一半,所以这叠卡片一开始是24张。往前验算:24的一半是12,拿走了 12 + 3 = 15张,剩下 24 − 15 = 9张。乘和除互相抵消就是这背后的道理。

消去法比较两张有一样东西重复出现的购物清单。2支笔加3把尺子要13美元,2支笔加1把尺子要9美元。两张单子里的笔都一样,所以4美元的差就是2把尺子的价钱,一把尺子2美元。那么2支笔是 9 − 2 = 7美元,一支笔就是3美元50美分。要是没有东西对得上,就先把一张清单乘一个数,让它对上:用消去法解联立演示了怎么做。余数要放回它的情境里去读,就像 余数 教的那样:38人坐能载4人的出租车,需要10辆,不是9.5辆也不是9辆,因为多出来的2人也得有车坐。

38 = 4 × 9 + 29装满的袋子2余数

38 = 4 × 9 + 2:装满9袋,还剩2个,少于4个,所以下一袋还差2个:2 + 2 = 4

每次加入一件物品,直到余数归零

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2x14both sides − y

x + y = 11,x − y = 3。解出 x 和 y。

2x14both sides − y

x + y = 10,x − y = 4。解出 x 和 y。

2x12both sides − y

x + y = 10,x − y = 2。解出 x 和 y。

四个值得点名的错误

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−16 ÷ −4dividing asks which factor is missing? × −4 = −16

−16 ÷ −4

−24 ÷ −6dividing asks which factor is missing? × −6 = −24

−24 ÷ −6

接下来通向哪里

位值是竖式方法站着的地基:进位和借位就是动起来的位值,它们在心算与竖式算术方法指南里一步步过。把列往个位的右边延伸,而不是左边,就得到十分位和百分位 —— 那是小数指南和更完整的小数、百分数与利息(英文)阶梯的主题。而追问哪些整数整除哪些,会走进因数、倍数与质数(英文)。

轮到你了

三题试一试,点选作答。

3,742 中的 7 表示多少?

把 4,861 四舍五入到百位。

哪一个最大?

常见问题

什么是位值?
位值就是这条规则:一个数字值多少,取决于它坐在哪里。在 3,507 里,3 是三千,5 是五百,7 是七个一。往左每一列都是邻居的十倍,所以十个数字就足以写出将来需要的每一个整数 —— 位置管大小,数字只管个数。
怎么把一个数凑到最近的百?
看十位数字。是五或更大,百位数字往上进一;是四或更小,就不动它。右边的一律变成零。所以 3,470 凑成 3,500,而 3,428 凑成 3,400。做决定的只有你要保留的那一位紧后面的一个数字 —— 更靠后的数字再大也压不过它。
小数位和有效数字有什么区别?
小数位从小数点数起;有效数字从第一个非零数字数起。0.00427 有五位小数那么长的写法,却只有三位有效数字。有效数字跨尺寸更好用:427 万(也就是 4.27 × 10⁶)和 0.00427 都是保留三位有效数字,两个保住的精确比例一样 —— 而测量通常要的正是比例。
为什么减去一个负数,答案反而变大?
因为减就是拿走,而拿走一笔债,你就宽裕了。在数轴上,减法向左走,负号把方向调过来,所以减负三就是向右走三步:5 - (-3) = 8。从 5 - 1、5 - 0、5 - (-1) 这条一路爬 4、5、6 的规律,也会不留缝地到达同一个答案。
为什么两个负数相乘得正?
因为乘一个负数是调转方向,调转两次就又朝着原来的方向了。看这条规律:3 x (-2) = -6,2 x (-2) = -4,1 x (-2) = -2,0 x (-2) = 0,答案每步涨 2。让这条平稳的爬升越过零继续走,就得到 (-1) x (-2) = 2。
一个数的绝对值是什么意思?
是它到零的距离,把方向扔掉。-7 的绝对值是 7,7 的绝对值也是 7,写成 |-7| = 7。它回答的是“有多远”,不是“朝哪边”。这也是它在误差和公差里出场的原因 —— 低三个和高三个,错得一样多。
Mr. Chalk