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¿Por qué son los convenios de orden de operaciones?

A veces los niños se enseñan tonto mnemotécnicos como "PEMDAS" para recordar los convenios en el orden de las operaciones. (Nunca he oído hablar de "PEMDAS" hasta mucho tiempo después de graduarse de la universidad, tan lejos como puedo recordar. Creo que eso significa (1) entre paréntesis, (2) exponenciación, (3) la multiplicación y la división, y (4) la suma y la resta.)

Creo que sería mejor para ayudarles a entender por qué los tratados, en lugar de algunos otros, son una buena cosa. Tal vez incluso demostrable óptima por parte de algunos, precisamente, definible desiderata?

¿Cómo se podía hacer en el caso de las habituales convenciones contra posibles alternativas?

Creo que podría decir que si una operación se distribuye a través de otro, debe ir primero, y que van de izquierda a derecha, debido a que normalmente podemos leer de esa manera. Tal vez voy a publicar mi respuesta a esto si estoy tan inspirado en algún punto.

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fgp Puntos 15322

Bueno, ya paréntesis existen precisamente para especificar la intención de orden de las operaciones en caso de que la costumbre de reglas predeterminadas no la cortan, tiene sentido que venga primero

Como para exponentation, yo diría que esto es una consecuencia de la utilización de los superíndices para indicar exponentation, ya que aquellos (a través de tamaño de fuente) proporcionar una agrupación natural. Sería sin duda será muy raro si $a^b + c$ significaba $a^{(b+c)}$ en lugar de $(a^b) + c$, puesto que los diferentes tamaños de fuente de $b$ $c$ indican que son de alguna manera en los diferentes niveles.

Como MJD señaló, sin embargo, esto argumentos sólo se aplica para el exponente. El tamaño de la fuente solo no explica por qué a $a + b^c$ $a + (b^c)$ e no $(a + b)^c$ e la misma para $a\cdot b^c$ vs $a\cdot(b^c)$$(a\cdot b)^c$. Para estos, y yo diría que también es un asunto de visual agrupación. En tanto $a\cdot b^c$$a + b^c$, el exponente se escribe muy cerca de la $b$, sin un símbolo que se había separado de los dos. Por otro lado $a$ $b$ están separados por una $+$ o $\cdot$. Ahora, para la multiplicación de la dot puede ser omitido, pero no tiene que ser omitido, es decir, desde la $ab$ $a\cdot b$ son equivalentes, uno quiere naturalmente $ab^c$ $a\cdot b^c$ equivalente demasiado.

Para la multiplicación, división, suma resta, siempre sentí que la elección es un tanto arbitraria. Habiendo dicho eso, una de las razones que hace hablar a favor de tener la multiplicación tener prioridad sobre la suma es que uno se permite dejar fuera el punto y simplemente escribir $ab$ en lugar de $a\cdot b$. Ya que esto no está permitido, además, en muchos de los casos los términos que se multiplican serán más que los que se añaden, por lo que la mayoría de la gente probablemente va a reconocer como "pertenencia".

A continuación, puede preguntar "¿cómo es que nos permite dejar fuera de los puntos, pero no el signo más". Este, creo, es un remanente de los tiempos cuando las ecuaciones que se indique en el lenguaje natural. En la mayoría de langues, usted dice algo así como "tres manzanas" para indicar, además, tres manzanas. En otras palabras, usted simplemente prefijo de una cosa por un número para indicar que varias instancias de esa cosa. Esta propiedad de los lenguajes naturales es imitado en ecuaciones que permite escribir $3x$ con el entendimiento de que significa "3 de lo $x$ es".

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Silverfish Puntos 545

Me sugieren que existe una razón fundamental por la cual hacemos exponenciación antes de la multiplicación antes de la adición: hacemos el "más poderoso" operación primera. No tengo ninguna evidencia clara de citar, aunque en la previa SE días Dr Matemáticas de acuerdo conmigo en que esta es la clave.

Para aclarar lo que quiero decir por "poderoso", el hyperoperation secuencia es una secuencia de operaciones aritméticas, empezando con lo más básico: la búsqueda del sucesor. Por ejemplo, el sucesor de 5 es 6. Si me quieren agregar de 3 a 5, entonces eso significa que tengo que encontrar 5 del sucesor es de 6, 6 sucesor es de 7, y 7 del sucesor es 8. En otras palabras, además de las 3 es la sucesión repetida (iterada) 3 veces. Así que la adición es la operación siguiente en la secuencia.

Si hago reiteró, además, realizar una multiplicación (por ejemplo,$3 \times 5 = 5+5+5$) por lo que el siguiente en la lista. Y reiteró la multiplicación es la exponenciación (por ejemplo,$5^3=5\times 5\times 5$). Estos son considerados los "elementales de las operaciones". Por supuesto, el hyperoperation secuencia no se detiene allí: iterada expoentiation es tetration , por ejemplo, $^{3}2 = 2^{2^{{2}}}=2^4=16$ (había que elegir uno con pequeños números que ser muy grande, muy rápido!). Luego vienen pentation (iterada tetration), hexation (iterada pentation)... Knuth inventó un hermoso sistema de flecha arriba notación para representar estas muy poderosa operaciones en una manera clara y ordenada. Aprender, y ahora puede ganar a todos aquellos "que puede escribir el mayor número de" juegos que los niños jueguen!

¿Cuál es mi punto? Realmente hay una clara y bien definida sentido en el cual la suma, multiplicación y exponenciación pertenecen a una secuencia de aumento de poder. Nuestra orden de operaciones se definen de manera que podamos hacer el más poderoso en primer lugar, a menos que parantheses nos dicen que hacer las cosas de manera diferente. Hace sentido intuitivo para mí que el más poderoso de operaciones debe tener prioridad, aunque si en algún otro mundo los menos importantes se realiza en primer lugar, la gente utiliza para que el sistema se puede ver como muy intuitiva! En cualquier caso, esto parece más convincente para mí que la composición de la convención (argumento circular, ya que los diferentes órdenes de operación puede haber llevado a notación diferente?) o el cumplimiento de ciertos ejemplos prácticos (por ejemplo, en el que se multiplica la primera, a continuación, agregue, pero no con la igualmente abundantes ejemplos prácticos donde tenemos que recurrir a parantheses para expresar el orden correcto).

Hay muchas otras maneras interesantes para el fin de la aritmética alrededor. Para alguien que no lo hubiera hecho, tener un juego con notación polaca Inversa en algún momento! Encontré este muy aclaró la importancia de la orden de las operaciones para mí (usted necesita pensar cuidadosamente qué tipo de primera), así como "cómo una computadora o calculadora piensa".

Reflexión Final: ¿por qué me resulta intuitiva para hacer más poderosa de la primera, que no se acostumbre a él? Una consecuencia de mi anterior respuesta es que la más poderosa de las operaciones son definidas por iterativamente la aplicación de los menos poderosos de las operaciones, así que tal vez "más a menos" es más natural. Alguien que trata de ordenar la menos potente de las operaciones en primer lugar, y "subir" a la más poderosa de las operaciones, terminará rompiendo las mayores operaciones de espalda en los más bajos. En ese sentido, "menos a más" no funciona tan bien. De hecho, si usted realmente desea, puede romper todas las operaciones para la función sucesor $\operatorname{succ}(n)=n+1$, su inverso, el predecesor de la función $\operatorname{pred}(n)=n-1$, e $H_n(a,b)$ definido por:

$$H_n(a, b) = \begin{cases} \operatorname{succ}(b) & \text{if } n = 0 \\ a &\text{if } n = 1, b = 0 \\ 0 &\text{if } n = 2, b = 0 \\ 1 &\text{if } n \ge 3, b = 0 \\ H_{\operatorname{pred}(n)}(a, H_n(a, \operatorname{pred}(b))) & \text{otherwise} \end{casos}\,\!$$

Establecimiento $n=0,1,2,3,4,\ldots$ da de la sucesión, adición, multiplicación, exponenciación, tetration... todo hyperoperation secuencia! En particular $H_0(a, b) = \operatorname{succ}(b)$, $H_1(a, b) = a + b$, $H_2(a, b) = a \times b$, $H_3(a, b) = a^{b} = a\uparrow{b}$ (en Knuth la notación), $H_4(a, b)=^{b}a=a\uparrow\uparrow{b}$ y así sucesivamente. Trate de ampliar a mano algunos de los ejemplos en mi respuesta: $H_0(7,5)= \operatorname{succ}(5)$, $H_1(5,3)=5+3$, $H_2(5,3)=5\times 3$, $H_3(5,3)=5^3$, $H_4(2,3)=2\uparrow\uparrow{3}$. Es muy instructivo, (una vez que obtenga en a$H_2$, es menos tedioso si se utiliza el hecho de que $H_1$ significa, además, y así sucesivamente para mayor $n$) - uno se pone a ver cómo las operaciones de todos seguir a partir de la iteración sucesor y predecesor, y en qué sentido cada uno es una extensión de la anterior en la secuencia. Te darás cuenta de lo $b$ actúa como un "contador" que las garrapatas a cero, y entender por qué usted necesita el $a$, 0 y 1 para los casos de $n=1,n=2,n\ge 3$. (Aproximadamente es para manejar las inconsistencias en la forma que cada operación se repite la anterior. Cuando digo $5+3$ es la sucesión repetida 3 veces, me pongo a la aplicación de esas sucesiones a la 5. Cuando digo $5 \times 3$ es la adición de un 5, 3 veces, se añade a cero. Y $5^3$ es sólo "multiplicar por 5, 3 veces" si yo comienzo a las 1! He encontrado estas contradicciones para ser una fuente de confusión para los estudiantes de escuela secundaria.)

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Lubin Puntos 21941

Creo que los convenios actualmente en uso no son necesariamente mejores que cualquier otro posible convenio; que son lo que son simplemente es una codificación del uso histórico; y la manera de hacerlo "el caso de las convenciones generalmente contra posibles alternativas" es observar que cambiarles causaría una cantidad incalculable de dificultad innecesaria, la frustración y la ira.

1voto

TheCompWiz Puntos 5222

El orden de las operaciones convenios están anclados en la realidad. En el corazón de todos, matemáticas intenta modelo de nuestra experiencia cotidiana, y nuestro orden de operaciones refleja que.

Primero de todo, vamos a estar de acuerdo que la suma y la resta son realmente la misma cosa, y la multiplicación y la división (cuando se define) también son realmente la misma cosa, así que sólo puedo decir ", además de" cuando me refiero a "la suma y la resta" y "multiplicación" cuando me refiero a "la multiplicación y la división."

¿Por qué debería multiplicación tener prioridad sobre la suma? Supongamos que Alicia fueron a dar a me $5$ bolsas de $8$ manzanas, y Bob fueron a dar a me $3$ bolsas de $4$ manzanas. Cuántas manzanas tiene?

Una buena conjetura es que el número de manzanas que tengo es igual al número que Alice me dio más el número que Bob me dio. Alice me dio $5 \cdot 8=40$ manzanas, y Bob me dio $3\cdot 4=12$ manzanas; por lo tanto, yo, hubiera recibido lo $40+12=52$ manzanas. Esta es una observación a partir de la experiencia cotidiana: si me $x$ cosas de Alice y $y$ cosas de Bob, recibí $x+y$ cosas en total.

Veamos cómo variar el orden de las operaciones juega! El número está dado por la expresión $5\cdot 8+3\cdot 4$. Si la multiplicación es lo primero, obtenemos $52$ manzanas; si además viene primero, luego llegamos $220$ manzanas; y si ninguno de los dos tiene prioridad y se vaya de izquierda a derecha, obtenemos $172$ manzanas. A través del experimento, hemos obtenido evidencia que sugiere que haciendo la multiplicación de la primera es más sabio que el resto de las opciones.

El razonamiento para la exponenciación es similar. ¿Por qué debería de $3\cdot 2^3$ $3\cdot 8$ en lugar de $6^3$? Imagínate que yo había $3$ idénticos a los cubos de lado de longitud $2$ cm. ¿Cuál es el volumen total de los cubos? El volumen es aditivo, por lo que debe sumar el volumen de cada cubo. Cada cubo tiene un volumen de $2^3~\text{cm}^3$, y hay 3 cubos; por lo tanto el volumen total es $24~\text{cm}^3$. Yo estaría muy sorprendido si usted me dijo que estas 3 cubos tomaron $6^3=216$ centímetros cúbicos - que sin duda no mira que grande cuando llegué por primera vez!

Voy a dejar de imaginar una razón en la misma vena para la exponenciación antes de la adición. Paréntesis en tiros de campo tiene para dar la respuesta, todo el propósito de paréntesis para agrupar las cosas y asegurarse de que las operaciones dentro de ellos ocurren de manera independiente del resto de la expresión. Y usted puede hacer una similar analogía de la vida real, aquí también.

Por supuesto, una vez que empezamos a hablar sobre los números reales, las cosas se ponen un poco más delicado. Sin embargo, históricamente estas operaciones comenzaron definido sólo para los números naturales (sin cero o negativo números todavía), luego se convirtió generalizada. Y cuando se fueron generalizadas, la generalización ocurrió en un camino que conservan estas propiedades. (Michael Spivak da un encanto explicación de este tipo cuando se define la función exponencial en el Cálculo, 4ª edición.) Y este es el motivo por el grupo y de campo axiomas son lo que son!

Moral: la Matemática es una ciencia experimental en el corazón.

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