短除号其实是竖式除号的颠倒,除数依旧在左边,被除数依旧在里面,商从上面移到下面。我曾想:这个除法哪“短”呢?聪明的您是否找到了线索:正常的竖式除法要经历试商、乘积、求差、比较余数和除数4个小步骤,“短除法”省略了后面3个步骤,是一种直接写商的除法。这岂止是“短”了,那是“相当的短”了!为何如此?因为短除法的特点在于除法的继续施加,可以循环往下,重复第二次、第三次……上一步的商旋即变为下一步的被除数,如果将这个过程用普通除法竖式表达出来,会写啰嗦的一大堆,如下图:
简便是短除法的优点,但也有代价。如果被除数很大,心算弱的小朋友估计得借助于普通除法竖式另行求商。相信,您会对此感同身受。
利用短除法求取两个自然数的最大公因数,其实质是对这两个自然数作质因数分解,而且首先罗列相同的质因数。教材61页示例:(24,36)=12的计算过程,同以下:
24=(2×2×3)×2
36=(2×2×3)×3
质因数分解是具有“标准形式”的,比如:将质因数从小到大排列,以幂次方乘积的形式表达(以后有工夫了,详细讨论)。利用短除法求最大公因数,打乱了这种标准形式:它将两个自然数相同的质因数排在前面,不同的质因数过滤在后。这种“相同”是建立在一一对应的基础上的,能够对应的最大部分的乘积即为两个自然数的gcd。
掌握这种方法会让小学时期的我们自信满满、神采奕奕。
方法三:辗转相除法
这个方法其实是我国古代“更相减损术”的小升级,如图:
人教五数下册67页
如果上面的话让您感到费解,是因为您没有拿起纸和笔举例子。(77,21)=?我们智慧的古人依靠一串减法就求出了结果:
77-21=56
56-21=35
35-21=14
21-14=7
14-7=7
当差等于减数时,这个“等数”7就是77和21的最大公因数。您是否有点惊讶、不习惯、反感?它始终在遵循“大减小”的规则,写成分数的形式或许更好一点:
然而更为简便的是古希腊数学家欧几里得发明的“辗转相除法”,原因只是:连续施加多次的减法,可以用除法一步到位!上例变为:
77÷21=3……14
21÷14=1……7
14÷7=2……0
余数为0时停止,最后一步的除数即为两数的最大公因数。
请注意,“辗转”的具体意思是:上一步的除数变为下一步的被除数,上一步的余数变为下一步的除数,反复施加直至整除,取最后一步的除数作为结果。再看一例:
(72072,100548)=?
①100548÷72072=1……28476
②72072÷28476=2……15120
③28476÷15120=1……13356
④15120÷13356=1……1764
⑤13356÷1764=7……1008
⑥1764÷1008=1……756
⑦1008÷756=1……252
⑧756÷252=3
(72072,100548)=252
您可以用“短除法”对比一下。或许,您并不觉得“辗转相除法”是优秀的方法,我也可以明确的声明:本文并不打算教会小朋友这些。但我想说明的是:好坏的评判取决于面对的问题情境。一个大数的质因数分解,甚至判断这个大数是不是质数,是一个被称做“np难题”的东西,简言之,就是计算机也无法在确定、已知、有限的时间内完成。譬如我们要判断397是不是质数,最笨、最暴力的方法是让计算机逐个检验2~396,在这种情况下:
1位数,检测10次左右;
2位数,检测10×10次左右;
3位数,检测10×10×10次左右;
……