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¿Cómo surgió la regla de la adición y por qué da la respuesta correcta cuando se compara empíricamente?

Todavía soy un estudiante de secundaria y estoy muy interesado en las matemáticas, pero ninguno de mis libros escolares describe este tipo de cosas, y solo dicen cómo hacerlo, no por qué. Mi pregunta es muy simple, por ejemplo:

        19
       +25
      = 44

porque el uno de sumar 9 y 5 continúa sumando con 1 y dos. ¿Cómo se llegó a esta regla de adición?

Aquí hay una breve explicación que puede ser útil (disculpa si resulta frustrante): Supongamos que somos un niño de 3 años y nadie nos enseña cómo sumar y reconocemos que 1 es nuestro dedo índice y 5 son todos los dedos de la mano levantados. Alguien nos da el problema de sumar: 1+5 entonces los levantamos, ¿verdad? y de nuevo alguien nos da sumar 8564+2345 entonces no podemos levantarlos. Así que intentamos crear una regla pero no reconocemos que 6+4= 10 donde 0 queda y uno salta, ni podemos decir que solo se deben sumar los dígitos de las posiciones más a la derecha. Eso es lo que quise decir.

72voto

Aldon Puntos 628

Bueno, básicamente lo que estás haciendo es esto:

$$19+25 = (10 + 9) + (20 + 5) = \underbrace{(9 + 5)}_{\text{unos}} + \underbrace{(10 + 20)}_{\text{decenas}}$$

Luego obtendrás:

$$14 + (10 + 20)$$

Entonces, para el dígito de unos obtienes $4$, así que consideremos restar eso de $14$ para obtener $10$. Para el dígito de decenas, dado que todavía tienes $10$ sobrante de sumar los dígitos de unos, tienes que "llevar" los $10$ a $(10+20)$:

$$10\,\text{(dígito llevado)}+(10+20) = 20+20 = 40$$

Agregando el resultado de los dígitos de unos da como resultado: $$40 + 4 = 44$$

La "regla" de llevarse de un lugar de valor a otro es exactamente eso, solo que se hace verticalmente.

20voto

mcw0933 Puntos 113

Comenzamos separando las unidades y las decenas:

$$19 + 25 = (10 + 9) + (20 + 5)$$

Primero vamos a sumar las unidades, luego las decenas:

$$(9 + 5) + (10 + 20) = 14 + (10 + 20)$$

Ahora extraemos las unidades de 14, y sumamos las decenas:

$$14 + (10 + 20) = 4 + 10 + (10 + 20) = 4 + (10 + 10 + 20)$$

Ahora podemos sumar las decenas: $$4 + (10 + 10 + 20) = 4 + 40 = 44$$

Ahora intenta hacerlo con otras sumas, como $29 + 43$ y $147 + 84$. En la última, solo separa las unidades, las decenas y las centenas.

15voto

addy2012 Puntos 113

Cada número natural $N$ en el sistema decimal está representado por $n + 1$ dígitos

$a_n \dots a_1a_0$

para que cada uno represente la cantidad de potencias de $10$ que suman el número dado.

$N = a_n\cdot 10^n + \dots + a_1 \cdot 10^1 + a_0 \cdot 10^0 $

Cada dígito $a_n$ tiene 10 "estados" posibles desde $0$ hasta $9$ indicando cuántas de las potencias contribuyen a $N$.

Si ahora sumas dos números $A + B$

$A = a_n \cdot 10^n + \dots +a_1 \cdot 10 + a_0$

$B = b_n \cdot 10^n + \dots +b_1 \cdot 10 + b_0$

$A+B = (a_n + b_n) \cdot 10^n + \dots + (a_1 + b_1) \cdot 10 + (a_0+b_0)$

puede suceder que estos $(a_n + b_n)$ excedan los 10 "estados" posibles que son representables por 10 dígitos. Por lo tanto, tenemos que eliminar el excedente $c$ de $a_n + b_n$: $c = a_n + b_n - 10$ y agregar este excedente a la siguiente potencia superior (y repetir si obtenemos nuevamente otro excedente).

Nota que en otros sistemas numéricos (como el hexadecimal), el procedimiento funciona de la misma manera excepto que tenemos más (o menos) estados para representar con cada dígito.

9voto

chaiwalla Puntos 1132

Aquí hay un bosquejo de la teoría general.

Teorema: Sea $b$ un entero mayor que $1$. Para cada entero positivo $N$, existen

  1. Un entero no negativo $n$,

  2. Enteros $a_{n}$, $a_{n-1}$, ..., $a_{2}$, $a_{1}$, $a_{0}$ que satisfacen $0 \leq a_{k} < b$, y $0 < a_{n}$,

tal que $$ N = a_{n} b^{n} + a_{n-1} b^{n-1} + \dots + a_{1} b + a_{0} = \sum_{k=0}^{n} a_{k} b^{k}. \tag{1} $$ Además, la representación (1) es única (se puede hacer de manera precisa en una sola forma).

Definición: Los enteros $(a_{k})_{k=0}^{n}$ se llaman los dígitos (base $b$) de $N$. La cadena de símbolos $$ a_{n}\, a_{n-1} \cdots a_{2}\, a_{1}\, a_{0} $$ se llama la representación en base-$b$ de $N$.

El proceso de acarreo surge naturalmente cuando te preguntas cómo encontrar la representación en base-$b$ de una suma $N + N'$ a partir de las representaciones en base-$b$ de los sumandos $N$ y $N'$. Si \begin{alignat*}{5} N &= a_{n} b^{n} &&+ a_{n-1} b^{n-1} &&+ \dots &&+ a_{1} b &&+ a_{0} &&= \sum_{k=0}^{n} a_{k} b^{k}, \\ N' &= a_{n}' b^{n} &&+ a_{n-1}' b^{n-1} &&+ \dots &&+ a_{1}' b &&+ a_{0}' &&= \sum_{k=0}^{n} a_{k}' b^{k}, \end{alignat*} entonces $$ N + N' = (a_{n} + a_{n}') b^{n} + (a_{n-1} + a_{n-1}') b^{n-1} + \dots + (a_{1} + a_{1}') b + (a_{0} + a_{0}') = \sum_{k=0}^{n} (a_{k} + a_{k}') b^{k}. \tag{2} $$ Si cada "coeficiente" $a_{k} + a_{k}'$ es menor que $b$, entonces (2) da inmediatamente la representación en base-$b$ de $N + N'$ colocando los coeficientes uno al lado del otro. El problema es que uno o más coeficientes $a_{k} + a_{k}'$ podrían ser mayores o iguales a $b$. En la suma $19 + 25$, por ejemplo, la "posición de los unos" $9 + 5$ no se puede representar con un solo dígito. En su lugar, escribimos $9 + 5 = 14 = 10 + 4$; el $4$ se queda en la posición de los unos, pero el extra $10$ hace un acarreo a la posición de las decenas. Dado que $10$ unidades de uno es una sola unidad de diez, sumamos uno a la posición de las decenas para acomodar el acarreo. (La ecuación $9 + 5 = 14$ en sí misma es un caso especial.)

En general, si $b \leq a_{k} + a_{k}'$, escribe $$ (a_{k} + a_{k}') b^{k} = \bigl[b + (a_{k} + a_{k}' - b)\bigr] b^{k} = b^{k+1} + (a_{k} + a_{k}' - b) b^{k}. \tag{3} $$ Cada uno de $a_{k}$ y $a_{k}'$ es menor que $b$, entonces $0 \leq a_{k} + a_{k}' - b < b$. En otras palabras, $a_{k} + a_{k}' - b$ es un dígito base-$b$. La ecuación (3) determina la regla de acarreo: Suma los coeficientes de $b^{k}$, $a_{k} + a_{k}'. Si la suma de los coeficientes es mayor o igual a $b$, resta $b$ de su suma (obteniendo un dígito base-$b$ adecuado) y suma $1$ (es decir, $b$ unidades de $b^{k}$) al coeficiente de $b^{k+1}$, la siguiente columna a la izquierda.

Para obtener un algoritmo limpio para la suma, comienza en el dígito más a la derecha y trabaja hacia la izquierda, haciendo acarreos según sea necesario. (Los acarreos solo afectan a los dígitos más a la izquierda. Por ejemplo, un acarreo en la posición de las centenas no tiene efecto en las decenas y las unidades).

6voto

Yves Daoust Puntos 30126

¿Cuál es el significado de $19$? Obviamente no $1+9$, sino $10+9$, porque el primer dígito "pesa" $10$. Del mismo modo, $25$ es $20+5$. El $2$ vale $20=2\times10$. Otro dígito a la izquierda pesaría $100, como en $625=6\times100+2\times10+5$.

Ahora, ¿cómo sumamos dos números decimales?

$$19+25=(1\times10+9)+(2\times10+5)$$

Podemos agrupar $(1+2)\times10+(9+5)=3\times10+14$. Bien para el primer dígito, pero no tanto para las unidades: $14$ no es un solo dígito. Para resolverlo, descomponemos $14=1\times10+4$.

Ahora, $$19+25=(1+2+1)\times10+(4)=44.$$

Puedes generalizar fácilmente e imaginar el diseño gráfico que hace que este proceso esté bien organizado.

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