快速洞察:除法的直观含义

在研究一些 数学着色 我偶然发现了一些除法的解释。

乘法可以是重复加法、缩放、旋转(通过 虚数),等等。

那么除法呢?让我们来看一看。

这个 排列公式 让我们从10个中选出3个,按特定顺序。要从10个中排列3个,第一个选择有10种选项,第二个有9种,第三个有8种,所以得到10 _ 9 _ 8 = 720种可能性。

但是大多数数学书中是如何写出这个过程的呢?

\displaystyle{P(10, 3) =\frac{10!}{(10 - 3)!} = 720}

发生了什么?

嗯,我们只想要阶乘的一部分。10! 给出了完整的序列 (10 _ 9 _ 8 _ 7 _ 6 _ 5 _ 4 _ 3 _ 2 _ 1),但我们希望在到达8后停止。这意味着我们要除以7!。唯一没有被移除的部分是10 _ 9 * 8。

在这种情况下,除法就像一个制动器/边界/过滤器,阻止阶乘失控。(你知道,它们会变得不受控制。)

permutation formula colorized

啊!如果编写一个软件程序,你不会真的计算10!、7!然后做除法。如果我们需要从1000个选项中选3个呢?(1000的阶乘有 2568位数字 会让你的电脑崩溃。) 我告诉过你这种情况会发生!)

如果我们意识到除法作为边界标记的作用,我们可以直接计算1000 _ 999 _ 998 = 997,002,000然后收工。

我们继续。

假设我们不关心选择项目的顺序:ABC和CBA是一样的。怎么办?

嗯,我们可以再应用一次除法!这一次,我们不想要边界,而是想要合并/整合/分组相似的项目。所有看起来像ABC(例如,ACB、BAC、BCA、CAB、CBA)的应该只被计数一次。

对于3个项目,有3!种重排,所以最终计数是720/3! = 720/6 = 120种选择。

作为公式:

combination formula colorized

很巧妙,对吧?排列公式中的除法作为边界,而组合公式中的除法是一种“分组”。我想象这些变体被合并成一个选项:

我们选择的词汇框定了我们对一个方程的理解。“除以”意味着我们正在拆分东西。如果我们知道其他含义(重复减法、边界、合并),我们可能会选择更好的描述。说“除以k!”没有“合并重排”那样的直观性。

我认为数学概念本质上是简单的,但它们的书面描述可能并非如此。(有没有试过描述如何穿衬衫?)目标是找到让概念豁然开朗的词汇。

数学愉快。

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