在四則混算裡, 小括號比中括號優先;若沒有括號則需先算乘方, 再算乘除, 後算加減等等規則, 是一種約定。有了這些約定, 同一條式子計算出來的答案才會相同, 不會有這幫人用規則A得一個答案, 另一幫人用規則B然後得出截然不同的答案。
至於為什麼要先乘除, 而不從一開始就規定先加減, 或先加乘等等, 其實與加減乘除的概念和哪一種較方便有關。
先來看看台大數學系朱建正教授所言:
在合併式中,如果事先約好一種優先順序,也可以節省括號。「先乘除後加減」是一種有良好效果的約定。因為加減是對同等類量執行的,乘除時,乘數和除數是對被乘數和被除數加以操作時的作用數,作用結束後,即可用加減加以處理。例如上超市買東西,每種東西有單價及數量,先將單價乘以數量再加起來,就是總價。這就是「線性代數」中所講的「線性組合」,再來就是「多項式」。線性組合和多項式這兩種代數式能以目前這種面貌出現,全拜先乘除後加減的約定之賜。(from
www.bud.org.tw/answer/9912/991274.htm)
上文所指同等類量, 即表示各加數應屬於同一類型的物件。例如:現有2個盒, 分別盛有6隻和4隻雞旦。
列式計算蛋的總數:6隻+4隻=10隻;
你不會這樣算:2盒旦+4隻=6隻 或 =6盒;因為這條式中各「加數」與「和」的名數不統一, 2表示盒, 4表示隻, 非但單位不同, 一個是盒, 一個是蛋, 乃兩類不同的物件。
減數同理。
至於乘除。
首先, 乘除其實是加減的簡約式(同理, 乘方是乘的簡寫式):
如果我有4個$2, 用加數計算總額是:$2+$2+$2+$2=$8
乘式則能以較短的方法顯示同一種運算:$2x4 = $8 (指將$2相加4次, 與加式同義)
乘數4對於被乘數$2來說, 起了一個作用, 代表2相加的次數, 而不是多少錢或多少隻、多少盒等。
除法亦然。
因有正負數的概念, 故先加後減還是先減後加對最終答案沒有影響, 同理, 先乘後除還是先除後乘均對答案沒有影響。故加減為同組、乘除亦另同組。
但是, 乘除與加減需分開運算。因為乘除式中的「乘數」及「除數」與加減式中的各項非同等類量, 故必需先將其變成同等類(即計算「積」及「商」)才能進行加減。
用朱教授超市買東西的例子, 若我買1塊$3的橡皮擦, 4枝$2的鉛筆, 計算總價錢:
用加式, $3+$2+$2+$2+$2=$11, 留意所有數字都是指金額, 為同等類量;
用乘式混合加式, $2x4+$3, 4代表需將$2加4次, 4與$3為非同等類量, 不能相加。
上文說明加減與乘除需分先後, 但為什麼是先乘除而非先加減呢?這只是方便與否的問題, 由於先乘除與我們日常生活的應用與思維較相似及方便, 故採用之。
試想想我們往買東西的習慣, 在未有全電腦化收銀系統前或需要心算的時刻, 我們會將同一種類/價錢的貨物先作分類, 計算分類小計金額, 然後再相加得出總金額。就好像我們去吃迴轉壽司時, 若想計算價錢, 待應不是會把相同顏色的碟的數量算好, 乘以價錢, 然後才相加的嗎?
哪條式較簡便?
約定先乘除:
$9x12+$15x3+$18x2+$35x2=$108+$45+$36+$70=$259
若約定先加減, 則需加小括號, 式子變為:
($9x12)+($15x3)+($18x2)+($35x2)=$108+$45+$36+$70=$259
從上例看出, 先乘除的約定有利於我們日常生活的使用。
但當然, 在某些情況下(見下例)先乘除可能反而會令式子累贅, 但針無兩頭利, 我們只能採取較接近生活思維的一種, 而捨棄特殊的例子。
若我們吃迴轉壽司時, 各種顏色的碟分別吃了3碟, 總收費:
約定先乘除, 每種顏色先算小計:
$9x3+$12x3+$15x3+$18x3+$20x3+$25x3+$35x3
=$27+$36+$45+$54+$60+$75+$105=$402
約定先加減, 將各種價錢小計, 再乘碟數3:
($9+$12+$15+$18+$20+$25+$35)x3
=$134x3=$402