Περίληψη
Αυτό το μάθημα μελετά το θεσιακό σύστημα αρίθμησης, στο οποίο η αξία κάθε ψηφίου εξαρτάται από τη θέση που κατέχει. Αποδεικνύει ότι κάθε φυσικός αριθμός γράφεται με έναν μόνο τρόπο σε οποιαδήποτε βάση , με μια διαδικασία που συνίσταται σε διαδοχικές διαιρέσεις με τη βάση, και διδάσκει πώς μετατρέπονται αριθμοί ανάμεσα στη βάση και στις βάσεις , και , και ανάμεσα σε αυτές τις τελευταίες με ομαδοποίηση δυαδικών ψηφίων. Δείχνει ότι η πρόσθεση και ο πολλαπλασιασμός γίνονται σε οποιαδήποτε βάση με τους ίδιους κανόνες όπως στη βάση , εξηγεί γιατί ισχύουν τα κριτήρια διαιρετότητας και τα επεκτείνει σε άλλες βάσεις, και κλείνει με ένα σημείωμα για την ιστορία της αρίθμησης και για τη χρήση της βάσης στους υπολογιστές.
Μαθησιακοί στόχοι
- Να ερμηνεύει τη θεσιακή γραφή και να υπολογίζει την τιμή ενός αριθμού γραμμένου σε οποιαδήποτε βάση.
- Να αποδεικνύει την ύπαρξη και τη μοναδικότητα της αναπαράστασης στη βάση και να τη βρίσκει με διαδοχικές διαιρέσεις.
- Να μετατρέπει αριθμούς ανάμεσα στις βάσεις , , και , και να προσθέτει και να πολλαπλασιάζει στη βάση .
- Να αιτιολογεί τα κριτήρια διαιρετότητας με το και με το στη βάση , και να τα εφαρμόζει στη βάση και σε άλλες βάσεις.
Η θεσιακή γραφή
Όταν γράφουμε , δεν προσθέτουμε τέσσερα ψηφία· καθένα πολλαπλασιάζεται με μια δύναμη του που εξαρτάται από τη θέση του: το πρώτο αξίζει δύο χιλιάδες· το δεύτερο, δύο δεκάδες. Το ψηφίο δείχνει ότι δεν υπάρχουν εκατοντάδες και, καταλαμβάνοντας τη θέση του, κρατά τα υπόλοιπα ψηφία στη θέση που τους αντιστοιχεί.
Αυτή η αρχή, που ονομάζεται θεσιακό σύστημα αρίθμησης, δεν εξαρτάται από τον αριθμό . Αν είναι ένας φυσικός, που ονομάζεται βάση, τα ψηφία στη βάση είναι οι αριθμοί , και μια ακολουθία ψηφίων , με , αναπαριστά τον αριθμό
Τα ψηφία γράφονται το ένα δίπλα στο άλλο, από τα αριστερά προς τα δεξιά, και η βάση σημειώνεται ως δείκτης: για παράδειγμα, ο είναι ο αριθμός που στη βάση γράφεται με τα ψηφία , , και , και διαβάζεται « στη βάση ». Λέμε ότι το κατέχει τη θέση , μετρώντας από τα δεξιά και αρχίζοντας από το . Χωρίς δείκτη, ένας αριθμός είναι γραμμένος στη βάση . Στη βάση υπάρχουν μόνο δύο ψηφία, το και το , που ονομάζονται μπιτ· στη βάση χρειάζονται δεκαέξι, και στα δέκα συνήθη ψηφία προστίθενται τα γράμματα A, B, C, D, E και F, που αξίζουν , , , , και .
Όμως, η τιμή ενός αριθμού γραμμένου στη βάση μπορεί να υπολογιστεί βγάζοντας το κοινό παράγοντα ξανά και ξανά, πράγμα που αποφεύγει τον υπολογισμό δυνάμεων: είναι ο κανόνας του Χόρνερ.
Για κάθε και για όλους τους αριθμούς , το άθροισμα των γινομένων προκύπτει αν ξεκινήσουμε από το και επαναλάβουμε φορές την πράξη: πολλαπλασιασμός με το και πρόσθεση του επόμενου συντελεστή.
Η απόδειξη είναι μια επαγωγή ως προς που χρησιμοποιεί μόνο την επιμεριστική ιδιότητα. Η παράσταση είναι η τιμή για του πολυωνύμου , και το μάθημα για την άλγεβρα των πολυωνύμων θα επανέλθει σε αυτήν.
Απόδειξη
Αρχικό βήμα: για , και τα δύο μέλη ανάγονται στο , επειδή ο κανόνας δεν κάνει καμία πράξη.
Επαγωγική υπόθεση: ο κανόνας ισχύει για κάθε άθροισμα όρων, με οποιουσδήποτε συντελεστές, που φτάνει έως τη δύναμη .
Έστω ένα άθροισμα που φτάνει έως το . Από την επιμεριστική ιδιότητα, βγάζουμε το κοινό παράγοντα από όλους τους όρους εκτός από τον τελευταίο.
Η παρένθεση έχει τη μορφή της επαγωγικής υπόθεσης, με συντελεστές · γράφεται με τον κανόνα, και πολλαπλασιάζοντάς την με και προσθέτοντας προκύπτει ο κανόνας για . Από την αρχή της επαγωγής, ισχύει για κάθε .
Να υπολογιστεί ο αριθμός που στη βάση γράφεται , με δύο τρόπους: προσθέτοντας τις αξίες των θέσεων και με τον κανόνα του Χόρνερ.
Απόδειξη
Κάθε ψηφίο πολλαπλασιάζεται με τη δύναμη του που αντιστοιχεί στη θέση του: , , και .
Υπολογίζουμε τις δυνάμεις και τα γινόμενα και προσθέτουμε.
Με τον κανόνα του Χόρνερ βγάζουμε το κοινό παράγοντα από τους τρεις πρώτους όρους, και έπειτα από τους δύο πρώτους της παρένθεσης.
Ο υπολογισμός γίνεται από μέσα προς τα έξω: κάθε αποτέλεσμα πολλαπλασιάζεται με τη βάση και του προστίθεται το επόμενο ψηφίο. Προκύπτει η ίδια τιμή, χωρίς καμία δύναμη.
Φόρτωση του περιεχομένου…
Ολοκληρώθηκε
Συνδεθείτε για να αποθηκεύσετε την πρόοδό σας