1. Luvut ja laskutoimitukset
Ensimmäisessä kappaleessa käsitellään lukuja sekä niillä tehtäviä laskutoimituksia. Käymme läpi lukualueet sekä palautamme mieleen yläkoulusta tutut merkkisäännöt ja laskulait. Lisäksi kerrataan murtoluvuilla tehtävät laskutoimitukset. Kappaleeseen liittyvät tehtävät ovat omalla sivullaan.

1.1 Lukualueet
Matematiikassa luvut muodostavat perustan laskutoimituksille. Nykyinen lukukäsite on pitkällisen, vuosituhansia kestäneen kehityksen tulosta, eikä pystytä sanomaan, onko tämä kehitys jo päättynyt.
Jo ensimmäisellä peruskoulun vuosiluokalla opimme lukumäärää ilmaisevat luonnolliset luvut. Miksi näitä on sitten lähdetty laajentamaan kohti reaalilukuja? Esimerkiksi Rene Descartesin oli vaikea hyväksyä lukualueen laajennusta luonnollisista luvuista kokonaisluvuiksi ja hän kutsuikin negatiivisia lukuja "vääriksi luvuiksi". Yksi lähestymistapa lukulaajennuksille on yhtälöopillinen: Millainen yhtälö on ratkeamaton kyseisellä lukualueella, jota haluamme laajentaa? Esimerkiksi luonnollisten lukujen tapauksessa yhtälö
on ratkeamaton, sillä
ei kuulu luonnollisiin lukuihin. Lisäämällä negatiiviset luvut
luonnollisten lukujen joukkoon saamme muun muassa edellä mainitun yhtälön ratkeavaksi.
Lukualueen laajentaminen on näin edennyt luonnollisista luvuista aina reaalilukuihin asti. Uudet käyttöön otetut luvut on liitetty entisiin, jolloin uusi lukujoukko sisältää aikaisemmat lukujoukot.
Lukualueet
- Luonnolliset luvut
- Kokonaisluvut
- Rationaaliluvut
- Reaaliluvut
on rationaalilukujen lukulaajennus, joka saadaan lisäämällä irrationaalilukujen joukko rationaalilukuihin. Irrationaaliluvut ovat lukuja, joita ei voida esittää kahden kokonaisluvun osamääränä esim.
,
ja jaksoton desimaaliluku
. Käytännössä katsoen reaalilukuja ovat siis kaikki ne luvut, joita on peruskoulun matematiikassa käytetty.

Mihin lukujoukkoihin luku kuuluu?
Ratkaisu:
Luonnollisiin lukuihin. Lisäksi, kokonais-, rationaali- sekä reaalilukuihin, koska nämä lukujoukot pitävät sisällään myös luonnolliset luvut.
Kokonaislukuihin. Lisäksi, rationaali- ja reaalilukuihin.
Rationaali- ja reaalilukuihin.
Rationaali- ja reaalilukuihin, sillä luku
voidaan esittää murtolukuna
.
Ainoastaan reaalilukuihin. Kyseessä on päättymätön ja jaksoton desimaaliluku, jonka vuoksi sitä ei voida esittää kahden kokonaisluvun osamääränä. Tämän vuoksi luku ei kuulu rationaalilukuihin, jolloin se ei myöskään kuulu kokonaislukuihin tai luonnollisiin lukuihin.
1.2 Laskulait
Palautetaan mieleen tutut merkkisäännöt ja laskulait. Kerto- ja jakolaskussa kahden samanmerkkisen luvun laskutoimitus on positiivinen ja kahden erimerkkisen negatiivinen. Tämän seurauksena kerto- ja jakolaskun tulos on positiviinen, kun negatiivisten tekijöiden lukumäärä on parillinen. Vastaavasti kerto- ja jakolaskun tulos on negatiivinen, kun negatiivisia tekijöitä on pariton määrä.
Merkkisäännöt
ja
ja
Laske.
Ratkaisu:
Laskujärjestys noudattaa tuttua kaavaa.
Laskujärjestys
- Lasketaan sulut
- Lasketaan kerto- ja jakolaskut
- Lasketaan yhteen- ja vähennyslaskut
Laske.
Ratkaisu:
Oheiselta videolta löytyy tarvittaessa lisää esimerkkejä laskujärjestyksestä sekä negatiivisilla luvuilla laskemisesta.
Peruslaskutoimituksista yhteenlasku ja kertolasku noudattavat seuraavia laskulakeja.
Laskulait
Olkoon . Tällöin ovat voimassa seuraavat laskulait:
Vaihdanta- ja liitäntälakien takia luvut voidaan laskea yhteen tai kertoa missä järjestyksessä tahansa. Sulkumerkit voidaan siis jättää pois ja merkitä vain ja
. Sopivalla ryhmittelyllä laskutehtävä saadaan usein yksinkertaistettua.
Laske käyttäen hyväksi laskulakeja.
Ratkaisu:
- Kertolasku voidaan laskea missä järjestyksessä tahansa, joten vaihdetaan lukujen
ja
paikkaa.
- Kirjoitetaan luku
muodossa
ja käytetään hyväksi osittelulakia.
Vastaluku ja käänteisluku
Kahta lukua, joiden summa on nolla, sanotaan toistensa vastaluvuiksi. Luvun vastaluku on
koska
. Jokaisella reaaliluvulla on vastaluku.
Kahta lukua, joiden tulo on yksi, sanotaan toistensa käänteisluvuiksi. Luvun käänteisluku on
koska
. Kaikilla muilla reaaliluvuilla paitsi nollalla on käänteisluku.
- Mikä on luvun
vastaluku?
- Mikä on luvun
vastaluku?
- Mikä on luvun
käänteisluku?
- Mikä on luvun
käänteisluku?
- Mikä on luvun
vastaluvun käänteisluku?
Ratkaisu:
- Luvun
vastaluku on
sillä
- Luvun
vastaluku on
sillä
- Luvun
käänteisluku on
sillä
- Luvun
käänteisluku on
sillä
- Luvun
vastaluku on
sillä
Luvunkäänteisluku on
sillä
Siispä, luvunvastaluvun käänteisluku on
1.3 Itseisarvo
Reaaliluvun itseisarvo määritellään paloittain, erikseen ei-negatiivisille ja negatiivisille luvuille.
Itseisarvo
Reaaliluvun itseisarvo on
Positiivisen luvun ja nollan itseisarvo on siis luku itse. Esimerkiksi ja
Negatiivisen luvun itseisarvo on sen vastaluku. Esimerkiksi
Geometrisesti tulkittuna itseisarvo kertoo sen etäisyyden lukusuoralla luvusta . Tätä on havainnollistettu oheisella appletilla. Liikuttamalla sinistä pistettä näet, kuinka mustalla palkilla kuvattu itseisarvo muuttuu. Koska kyseessä on etäisyys, niin
kaikilla
:n arvoilla.
- Luvun
itseisarvo
koska
- Luvun
itseisarvo
koska
- Luvun
itseisarvo
koska
Itseisarvolle pätee seuraavat ominaisuudet.
Itseisarvon ominaisuuksia
Sievennä.
Ratkaisu:
1.4 Murtoluvut
Murtoluku on kahden kokonaisluvun osamäärä , missä jaettavaa
sanotaan osoittajaksi ja jakajaa
nimittäjäksi, ja osoittaja ei ole jaollinen jakajalla. Murtoluku on siis rationaaliluku, joka ei supistu kokonaisluvuksi.
Sekaluvut ovat murtoluvun vaihtoehtoinen esittämistapa. Jotta murtoluku voidaan esittää sekalukuna, nimittäjän tulee olla suurempi kuin osoittaja. Esimerkiksi murtoluku voidaan esittää sekalukuna
.
Järjestä murtoluvut ,
ja
suuruusjärjestykseen.
Ratkaisu:
Lavennetaan murtoluvut ensin samannimisiksi, jotta suuruusvertailu on helpompi tehdä.
Nyt joten
Muunna
sekaluvuksi.
murtoluvuksi.
Ratkaisu:
- Esitetään osoittaja
nimittäjän
tulona, jolloin jakojäännökseksi jää
, ja sievennetään sekaluvuksi.
- Lavennetaan kokonaisluku murtoluvuksi ja lasketaan murtoluvut yhteen.
Murtolukujen yhteen- ja vähennyslasku
Laske.
b.
Ratkaisu:
Murtolukujen kertolasku
Laske.
Ratkaisu:
- Kerrotaan osoittajat ja nimittäjät keskenään.
- Kerrotaan osoittajat ja nimittäjät keskenään. Kertolaskussa on pariton määrä negatiivisia tulontekijöitä, joten tulos on negatiivinen.
- Muutetaan kokonaisluku murtoluvuksi ja kerrotaan osoittajat ja nimittäjät keskenään.
Murtolukujen jakolasku
Laske.
Ratkaisu:
- Kerrotaan jaettava jakajan käänteisluvulla.
- Kerrotaan jaettava jakajan käänteisluvulla. Kertolaskussa on pariton määrä negatiivisia tulontekijöitä, joten tulos on negatiivinen.
- Muutetaan jakaja murtoluvuksi ja kerrotaan jaettava jakajan käänteisluvulla.
Ystävykset Aada, Hilda, Iida ja Ville päättivät mennä syömään pizzeriaan. He tilasivat pepperoni- sekä vegepizzan, jotka he jakoivat seuraavasti:
Ville sanoi herrasmiehenä, että hän voi syödä jäljelle jäävät osuudet pizzoista viimeisenä. Aada leikkasi ensimmäisenä itselleen pepperonipizzaa ja
vegepizzaa. Hilda leikkasi toisena jäljellä olevista pepperonipizzasta
ja vegepizzasta
. Iida leikkasi kolmentena jäljellä olevasta vegepizzasta puolet. Paljonko Villelle jäi pizzaa?

Ratkaisu:
Kun Aada leikkasi pepperonipizzaa, niin jäljelle jäi .
Kun Aada leikkasi vegepizzaa, niin jäljelle jäi .
Kun Hilda leikkasi pepperonipizzaa, niin jäljelle jäi .
Kun Hilda leikkasi vegepizzaa, niin jäljelle jäi .
Kun Iida leikkasi vegepizzaa, niin jäljelle jäi .
Vastaus:
Villelle jäi siis pepperonipizzaa ja
vegepizzaa.
Murtoluvut on tapana sieventää muotoon, jossa osoittajana ja nimittäjänä on mahdollisimman pienet kokonaisluvut. Tämän voi allekirjoittaneen mielestä tehdä helpoiten niin, että jakaa ensin osoittajan sekä nimittäjän alkutekijöihin, jonka jälkeen supistaa yhteiset tekijät pois.
Luvun jakamisella alkutekijöihinsä tarkoitetaan sen kirjoittamista alkulukujen tulona. Alkuluku on lukua suurempi luonnollinen luku, joka on jaollinen vain ja ainoastaan itsellään ja luvulla
.
Esimerkiksi on alkuluku, koska se ei ole jaollinen muilla kokonaisluvuilla kuin
ja
, mutta
ei ole alkuluku, sillä se on jaollinen myös luvuilla
ja
.
Sievennä murtoluvut muotoon, missä osoittajana ja nimittäjänä ovat mahdollisimman pienet kokonaisluvut.
b.
c.
Ratkaisu:
Luku on alkuluku, mutta luku
hajoaa alkutekijöihin seuraavasti
Nyt voidaan sieventää:
Luku hajoaa alkutekijöihin seuraavasti
ja luku
seuraavasti
Nyt voidaan sieventää:
Luku hajoaa alkutekijöihin seuraavasti
ja luku
seuraavasti
Nyt voidaan sieventää:
HUOM! Samaan lopputulokseen olisi päästy supistamalla:
These are the current permissions for this document; please modify if needed. You can always modify these permissions from the manage page.