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除法じょほう

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除算じょざんから転送てんそう
20 のりんごを 4 つに等分とうぶんはいしたとき、それぞれのグループにはりんごが 5 ある。20÷4=5

除法じょほう(じょほう、えい: division)とは、乗法じょうほうぎゃく演算えんざんであり四則しそく演算えんざんのひとつにかぞえられるこう演算えんざん一種いっしゅである。除算じょざん(じょさん、じょざん)、ざん(わりざん)ともばれる。

除法じょほう÷日本にっぽん一般いっぱんてき) や /世界せかいてき優勢ゆうせい)、(ドイツ・フランス)、およ筆算ひっさん場合ばあい)などといった記号きごう使つかってあらわされる(#記号きごうについて参照さんしょう)。除算じょざんする2つのかずのうち一方いっぽうこう被除数ひじょすう (ひじょすう、えい: dividend) とび、他方たほう除数じょすう (えい: divisor) とぶ。有理数ゆうりすう除法じょほうについて、その演算えんざん結果けっか被除数ひじょすう除数じょすうあたえ、分数ぶんすうもちいてあらわせられる。このとき被除数ひじょすう分子ぶんし (えい: numerator)、除数じょすう分母ぶんぼ (えい: denominator) に対応たいおうする。被除数ひじょすう除数じょすうは、被除数ひじょすう右側みぎがわ除数じょすういて以下いかのようにあらわされる。

被除数ひじょすう ÷ 除数じょすう

除算じょざんしょう (えい: quotient) と剰余じょうよ (えい: remainder) の2つのかずあたえ、しょう除数じょすうせき剰余じょうよしたものはもと被除数ひじょすうひとしい。

しょう × 除数じょすう + 剰余じょうよ = 被除数ひじょすう

剰余じょうよあまともばれ、除算じょざんによって「れない部分ぶぶんあらわす。剰余じょうよが0である場合ばあい、「被除数ひじょすう除数じょすうれる」と表現ひょうげんされ、このときしょう除数じょすうせき被除数ひじょすうひとしい。剰余じょうよ具体ぐたいてき決定けっていする方法ほうほうにはいくつかあるが、自然しぜんすう除法じょほうについては、剰余じょうよ除数じょすうよりちいさくなるようにられる。たとえば、134ったあまりは 1しょう3となる。これらのしょうおよび剰余じょうよもとめるもっと原始げんしてき方法ほうほうは、けるだけざんおこなうことである。つまり134れいでは、13から4を1かいずついていき(13 − 4 = 9, 9 − 4 = 5, 5 − 4 = 1 < 4)、かれるかず4よりちいさくなるまでざんおこなったら、その結果けっか剰余じょうよざんした回数かいすうしょうとする。これは自然しぜんすう乗法じょうほうざんによっておこなうこととぎゃく関係かんけいにある。

剰余じょうよあたえる演算えんざんに % などの記号きごうもちいる場合ばあいがある。

剰余じょうよ = 被除数ひじょすう % 除数じょすう

除数じょすう0である場合ばあい除数じょすうしょうせきかなら0になるためしょう一意いちいさだめることができない。したがって0除数じょすうとする除法じょほうしょう未定義みていぎとなる(ゼロ除算じょざん参照さんしょう)。

有理数ゆうりすうやそれを拡張かくちょうした実数じっすう複素数ふくそすうにおける除法じょほうでは、整数せいすう自然しぜんすう除法じょほうちがって剰余じょうよ使つかわれず、

しょう × 除数じょすう = 被除数ひじょすう

という関係かんけい除数じょすうが0の場合ばあいのぞつねつ。この関係かんけいつぎのようにもあらわされる。

被除数ひじょすう ÷ 除数じょすう = しょう

実数じっすうなどにおける定義ていぎからはなれると、除法じょほう乗法じょうほう代数だいすうてき構造こうぞうについて「乗法じょうほうぎゃくもとけること」として一般いっぱんできる。一般いっぱん乗法じょうほう交換こうかん法則ほうそくかならずしもりたないため、除法じょほう左右さゆう2とおかんがえられる。

記号きごうについて

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日本にっぽんでは除算じょざん記号きごうとして「÷」がひろもちいられるが、日本にっぽん以外いがいで「÷」がひろもちいられているくにアメリカイギリス韓国かんこく中国ちゅうごくタイなどかぎられたこくしかない。世界せかいてきには除算じょざん記号きごうとしては「/(スラッシュ)」が優勢ゆうせいであり、コンピュータープログラミングにおいても半角はんかくの「/」をもちいるのが一般いっぱんてきである。にはドイツフランスでは除算じょざん記号きごうとして「:(コロン)」が使用しようされている[1]。また一般いっぱん除算じょざん筆算ひっさんでは「÷」や「/」とう使つかうのではなく、記号きごう「⟌」をもちいてそのみぎ被除数ひじょすうひだり除数じょすうかたちあらわし、そのうえしょうを「⟌」のうえいて乗算じょうざん減算げんざんわせにより計算けいさんする(ちょう除法じょほう詳細しょうさい筆算ひっさん#筆算ひっさんによる除算じょざん参照さんしょう)。また素因数そいんすう分解ぶんかいすすむほう変換へんかんなど連続れんぞくして除算じょざんおこな場合ばあいなどには、その「⟌」を上下じょうげ反転はんてんさせたような記号きごう使つかい、そのみぎじょう被除数ひじょすうひだり除数じょすうしたしょうかたちあらわすことがある(たん除法じょほう)。

整数せいすう除法じょほう

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整数せいすう mnたいして、

m = qn

たす整数せいすう qただひとさだまるとき、m ÷ n = q によって除算じょざんさだめる。m被除数ひじょすう(ひじょすう、えい: dividend)あるいは(じつ)とばれ、n除数じょすう(じょすう、えい: divisor)あるいはほう(ほう、えい: modulus)とばれる。また qmnったしょう(しょう、えい: quotient)とばれる。しょう qに「mnほうとするしょう」「ほう nかんするしょう (えい: quotient modulo n)」 などともう。 またこのとき、mn整除せいじょ(せいじょ)される、れる(わりきれる、えい: divisible)あるいは nm整除せいじょする、るなどと表現ひょうげんされる。このことはしばしば記号きごうてき nmあらわされる。 除数じょすう n0 である場合ばあいかんがえると、除数じょすう 0任意にんい整数せいすう qせき0 となり、被除数ひじょすう m0 なら任意にんい整数せいすう q方程式ほうていしきたすため、しょう一意いちいさだまらない。同様どうよう被除数ひじょすう m0 以外いがい場合ばあいにはどのような整数せいすう q方程式ほうていしきたさないため、しょうさだまらない。

整数せいすう範囲はんいでは上述じょうじゅつのような整数せいすう qさだまる保証ほしょうはなく、たとえば被除数ひじょすう m7場合ばあいかんがえると除数じょすう n1, 7, −1, −7 のいずれかでないかぎしょう q整数せいすう範囲はんいさだまらない。整数せいすう範囲はんいしょうかならさだまるようにするには、剰余じょうよ(じょうよ、えい: remainder, residue)を導入どうにゅうして除法じょほう拡張かくちょうする必要ひつようがある。つまり、方程式ほうていしき

m = qn + r

たすような q, r をそれぞれしょう剰余じょうよとしてあたえる。このような方程式ほうていしきたす整数せいすう q, r複数ふくすう存在そんざいするが(たとえばある q, rたいして q − 1n + rくみ同様どうよう上記じょうき方程式ほうていしきたす)、剰余じょうよ r制限せいげんあたえて一意いちいしょう q剰余じょうよ rくみさだめることができる。よくもちいられる方法ほうほう剰余じょうよ r除数じょすう n より絶対ぜったいちいさな非負ひふかずさだめることである。このような除法じょほうユークリッド除法じょほうばれる。

m = qn + r かつ0 ≤ r < |n|

これは、感覚かんかくてきには被除数ひじょすうから除数じょすうけるだけいたのこりを剰余じょうよさだめているということである。こうしてさだめられる剰余じょうよはしばしば「mnほうとする剰余じょうよ」「mほう nかんする剰余じょうよ (えい: residue modulo "n") 」などといいあらわされる。 剰余じょうよr0でないことはしばしば「mnれない」とあらわされ、記号きごうてき n ∤ mあらわされる。 ユークリッド除法じょほうによる計算けいさんれい以下いかとおりである。以下いかでは除数じょすう4, −4, 被除数ひじょすう22, −22 としている。

  • 0 ≤ r < |n|
22 = 5 × 4 + 2しょう 5, 剰余じょうよ 2
22 = (−5) × (−4) + 2しょう −5, 剰余じょうよ 2
−22 = (−6) × 4 + 2しょう −6, 剰余じょうよ 2
−22 = 6 × (−4) + 2しょう 6, 剰余じょうよ 2

れない」という用語ようごはしばしば「小数点しょうすうてん以下いか無限むげんつづく」の不適切ふてきせつもちいられることがあるが、「れない」からといってそうであるとはかぎらない(たとえば上記じょうきれいでは、「22は4でれない」が、その有理数ゆうりすう除算じょざんにおけるしょうは「5.5」であり小数しょうすうだいいちまでであらわすことが出来できる)。

絶対ぜったいてき最小さいしょう剰余じょうよ

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剰余じょうよたいする制限せいげん方法ほうほうとして、剰余じょうよ絶対ぜったい最小さいしょうとなるようしょうさだめる方法ほうほうがある。この方法ほうほうでは、

|n|/2 < r|n|/2

あるいは

|n|/2r < |n|/2

範囲はんい剰余じょうよ rふくまれる。この場合ばあい、ユークリッド除法じょほうちがrまける。このようにさだめられる剰余じょうよ絶対ぜったいてき最小さいしょう剰余じょうよ (絶対ぜったい最小さいしょう剰余じょうよとも。えい: least absolute remainder, absolutely least residue, minimal residue) とぶ。 絶対ぜったいてき最小さいしょう剰余じょうよもちいる場合ばあい計算けいさんれい以下いかとおりである。以下いかでは除数じょすう4, −4, 被除数ひじょすう22, −22 としている。

  • |n|/2 < r|n|/2
22 = 5 × 4 + 2しょう 5, 剰余じょうよ 2
22 = (−5) × (−4) + 2しょう −5, 剰余じょうよ 2
−22 = (−6) × 4 + 2しょう −6, 剰余じょうよ 2
−22 = 6 × (−4) + 2しょう 6, 剰余じょうよ 2
  • |n|/2r < |n|/2
22 = 6 × 4 − 2しょう 6, 剰余じょうよ −2
22 = (−6) × (−4) − 2しょう −6, 剰余じょうよ −2
−22 = (−5) × 4 − 2しょう −5, 剰余じょうよ −2
−22 = 5 × (−4) − 2しょう 5, 剰余じょうよ −2

いずれの方法ほうほうであっても、除数じょすう n0場合ばあい剰余じょうよ r0でなければならず、被除数ひじょすう m がどんなかずであってもしょうq一意いちいさだめることはできない。 絶対ぜったいてき最小さいしょう剰余じょうよとユークリッド除法じょほうによってさだめられる最小さいしょう非負ひふ剰余じょうよ、あるいはべつ方法ほうほうのいずれをもちいるかは自由じゆうであり、あたえられる剰余じょうよがそのいずれかであるかはあらかじめられた規約きやくしたがう。この規約きやくは、計算けいさんする対象たいしょう計算けいさん機種きしゅ、あるいはプログラミング言語げんごにより、まちまちである。簡単かんたん分析ぶんせきとサーベイが "Division and Modulus for Computer Scientists" という文献ぶんけんにまとめられている[2]

有理数ゆうりすう除法じょほう

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整数せいすう除法じょほうでは、かんがえているかず自然しぜんすうまたは整数せいすう)の範囲はんいないしょうなおして剰余じょうよ定義ていぎすることで、除法じょほうをそのかず範囲はんい全体ぜんたい定義ていぎできることをべた。さらに、よくられているように、かず範囲はんい有理数ゆうりすうまで拡張かくちょうし、しょう有理数ゆうりすうゆるすことによって、剰余じょうよ概念がいねん不要ふようとなり、有理数ゆうりすう全体ぜんたい四則しそく演算えんざん自由じゆうおこなえるようになる。

任意にんい被除数ひじょすう a0 でない除数じょすう b による除算じょざんは、有理数ゆうりすう c をただひとあたえる。

この有理数ゆうりすう c

たす。また、除算じょざんは、除数じょすう逆数ぎゃくすう乗算じょうざんえることができる。

したがって、除算じょざんおよび乗算じょうざん順序じゅんじょえることができる。

また、2つの除算じょざん乗算じょうざんもちいてまとめることができる。

しかし、除数じょすう被除数ひじょすうとをえることはできない

2番目ばんめれいのように括弧かっこ位置いちえると計算けいさん結果けっかわってしまうので、

かれた場合ばあいには特別とくべつ解釈かいしゃくあたえる必要ひつようがある。一般いっぱんてきには左側ひだりがわ演算えんざん優先ゆうせんされ、つぎしき右辺うへん意味いみ解釈かいしゃくされる。

有理数ゆうりすう除算じょざんについて、除数じょすう被除数ひじょすうたいして分配ぶんぱいすることができる。

ただし、被除数ひじょすう除数じょすうたいして分配ぶんぱいすることはできない

有理数ゆうりすう除算じょざん結果けっかは、分数ぶんすうもちいてあらわすことができる。

ある有理数ゆうりすう対応たいおうする分数ぶんすうあらわかた無数むすう存在そんざいする。たとえば 0 でない有理数ゆうりすう cもちいて、

あらわしてもよい。 また、有理数ゆうりすう分母ぶんぼ分子ぶんしがともに整数せいすうである分数ぶんすうもちいてあらわすことができる。2つの有理数ゆうりすう a, b をそれぞれ整数せいすう p, q, r, sもちいて分数ぶんすう表記ひょうきする。

すると、それらの除算じょざんつぎのように計算けいさんすることができる。

この表示ひょうじからあきらかなように、有理数ゆうりすう有理数ゆうりすうったしょうはまた有理数ゆうりすうである。つぎのように計算けいさんしてもよい。

このような意味いみで、四則しそく演算えんざん自由じゆうおこなえる集合しゅうごう抽象ちゅうしょうとしてからだ概念がいねんあらわれる。すなわち、有理数ゆうりすう全体ぜんたいつく集合しゅうごう Qからだである。

実数じっすう除法じょほう

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実数じっすう有理数ゆうりすう極限きょくげんとしてあらわされ、それによって有理数ゆうりすう演算えんざんから実数じっすう演算えんざん矛盾むじゅんなく定義ていぎされる。すなわち、任意にんい実数じっすう x, y (y ≠ 0)たいxnx, yny (n → ∞)たす有理数ゆうりすうれつ {xn}nN, {yn}nNたとえば、x, yしょう数表示すうひょうじだい n けたまででったものを xn, yn とするような数列すうれつ)があたえられたとき

さだめると、この極限きょくげんx, y であるかぎりにおいて数列すうれつのとりかたによらずに一定いっていをとる。これを実数じっすうしょうとしてさだめるのである。

複素数ふくそすう除法じょほう

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実数じっすう除法じょほうもちいれば複素数ふくそすう除法じょほうが、被除数ひじょすう0場合ばあいのぞいた任意にんいの 2 つの複素数ふくそすうについて定義ていぎできる。 2 つの複素数ふくそすう z, w について、w共役きょうやく複素数ふくそすう wもちいれば、複素数ふくそすう除法じょほう z/wつぎのように計算けいさんできる(ただし除数じょすう w0 でないとする)。

また、複素数ふくそすう z, wきょを 4 つの実数じっすう Re z, Im z, Re w, Im wもちいて z = Re z + i Im z, w = Re w + i Im wあらわせば、複素数ふくそすう除法じょほう z/wつぎのようにあらわせる。

ごく形式けいしきでは

ける。やはり |w| = 0 つまり w = 0 のところでは定義ていぎできない。

0でること

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代数だいすうてきには、除法じょほう乗法じょうほうぎゃく演算えんざんとして定義ていぎされる。つまり abるという除法じょほう

たすただひとつの xあたえる演算えんざんでなければならない。ここで、ただひとつというのは簡約かんやくりつ

成立せいりつするということを意味いみする。この簡約かんやくりつ成立せいりつしないということは、bx = by という条件じょうけんだけからは x = y という情報じょうほうたことにはならないということであり、そのような条件下じょうけんかつよいて除法じょほう定義ていぎしたとしてもえきいのである。

実数じっすう乗法じょうほうにおいて、簡約かんやく不能ふのうひとつの特徴とくちょうてきれいとして b = 0 である場合ばあい、つまり「0 でる」という操作そうさげることができる。実際じっさいb = 0 であるとき a = bx によって除法じょほう a ÷ bさだめようとすると、もちろん a = 0 である場合ばあいかぎられるが、いかなる x, y についても 0x = 0 = 0y成立せいりつしてしまって xさだまらない。無論むろんa ≠ 0 ならば a = 0x なる x存在そんざいせず a ÷ b定義ていぎ出来できない。つまり、実数じっすう代数だいすうてき構造こうぞう0による 除算じょざん両立りょうりつしない。

ユークリッド除法じょほう除算じょざんアルゴリズム

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日本にっぽん算術さんじゅつにおける除法じょほう

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珠算しゅざんにおける除法じょほうでは、ふるくは江戸えど時代じだいから昭和しょうわ戦前せんぜんまで「一天いってんさく」(10÷2=5に相当そうとうし、そろばん操作そうさほうられるけたの1を5にえてしょうとする)に代表だいひょうされるざんきゅうきゅうごえきゅうほうはちさんいち)をもちいたかえり除法じょほうもちいられてきたが、昭和しょうわ戦後せんごからはざんきゅうきゅうぎゃく使つかしょう除法じょほう標準ひょうじゅんてきとなっている。

伝承でんしょう

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割算わりざん天下一てんかいち名乗なのった毛利もうり重能しげよし著書ちょしょ割算わりざんしょ」によれば、割算わりざん起源きげん以下いかのようにしるされている。

おっと割算わりざんうんは、寿ことぶきたかしあたりれんうんしょ智恵ちえ万徳まんとくを備はれる名木めいぼくゆう此木くのぎ百味ひゃくみ含霊の菓、一生いっしょう一切いっさい人間にんげんはつ夫婦ふうふにんゆうを其時わりはつより此方こちら割算わりざんうんごとゆう — 鳴海なるみふう小説しょうせつになる江戸えど時代じだい数学すうがくしゃ[3]

脚注きゃくちゅう

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参考さんこう文献ぶんけん

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関連かんれん文献ぶんけん

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関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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  • Weisstein, Eric W. "Divide". mathworld.wolfram.com (英語えいご).
  • Weisstein, Eric W. "Division". mathworld.wolfram.com (英語えいご).
  • Weisstein, Eric W. "Division by Zero". mathworld.wolfram.com (英語えいご).
  • Weisstein, Eric W. "Minimal Residue". mathworld.wolfram.com (英語えいご).