LESSON 01

数の集合と素数

その範囲でいつでも計算できるか

自然数・整数・小数や分数もふくめた数の全体のそれぞれで、四つの計算がいつでもできるかを調べる。整数の中ではわり算ができないことがある、という反例からセクション1の問いを回収する。

その範囲でいつでも計算できるか

このレッスンでできるようになること

  • 一つの仲間の中で、四つの計算がいつでもできるかどうかを調べられる
  • 「できないことがある」ことを、答えが仲間の外に出る例を一つ挙げて示せる
  • 整数から、小数や分数もふくめた数の全体へ広げた理由を、わり算で説明できる

前のレッスンの確認

  • 自然数 … \(1\)、\(2\)、\(3\)、… のような正の整数
  • 整数 … 自然数と \(0\) と負の整数を合わせたもの
  • 内がわの箱に入っている数は、外がわの箱にも入っています。
  • あてはまらない例のことを、反例といいます。
  • 「すべての〜」は、反例を一つ挙げればくずれます。
  • くずすときは反例を一つ、示すときは理由を一つ。
  • 答えが出せないのなら、答えが出せるように数の範囲を広げてしまう。
  • 引く数が引かれる数より大きいときは、引けない。
  • ある数を引くことは、その数の反対の数をたすこと
  • かけ算は、同じ数を何回かたすこと
  • 符号が先、絶対値があと … ①符号を先に決める ②絶対値どうしをかける
  • わる数を逆数にして、かけ算に直す。
  • 逆数がないのは \(0\) だけです。
  • \(0\) で割ってはいけないのではなく、商を決められないのです。
  • 「一つもない」と「一つに決まらない」は、別のことです。
  • 計算できないのは、わる数が \(0\) のときだけです。

絶対値は記号でも書きます。\(|-5|\) は \(5\) です。

新しい問いを立てます

前のレッスンで、数を三つの仲間に分けました。自然数と、整数と、小数や分数もふくめた数の全体です。

今日は、その仲間の中に入ったまま計算します。

その仲間の中だけで、四つの計算がいつでもできるだろうか。

計算をすると、答えが仲間の外へ出てしまうことがあります。

計算の答えが箱の外へ出ることを示した図 自然数の箱の中に、たし算の式とその答えが書かれている。もう一つの引き算の式からは矢印が右へのび、箱の外に答えが置かれている。下には、外へ出る例が一つでもあれば、いつでもできるとはいえない、と書かれている。 答えは 箱の 中に 残るか 箱の 外へ 出るか 自然数の 箱 3 + 5 = 8 8 は 箱の 中に 残った 3 − 5 = −2 −2 箱の 外へ 出た 外へ 出る 例が 一つでも あれば いつでも できるとは いえない

仲間は、図では箱で表します。答えが箱の中に残れば、その計算は仲間の中でできました。

外へ出れば、できなかったことになります。

自然数の中で調べる

いちばん内がわの仲間から始めます。

たし算とかけ算は、いつでもできます

\(3+5\) は \(8\) で、自然数です。自然数に自然数をたすと、もとより大きい自然数になります。\(1\)、\(2\)、\(3\)、… のならびから出ません。

\(7\times 10\) は \(70\) で、これも自然数です。理由は かけ算は、同じ数を何回かたすこと から出ます。

自然数のたし算をくり返しても、答えは自然数のままです。

引き算は、できないことがあります

\(3-5\) の答えは \(-2\) で、自然数ではありません。

小学校では、こう習いました。引く数が引かれる数より大きいときは、引けない。

\(3-5\) は、まさにその形です。セクション1のレッスン1「引けない引き算があった」の出発点でした。

ただし \(5-3\) は \(2\) で、自然数の中に残ります。

自然数の中では、引き算ができないことがあります。

わり算も、できないことがあります

\(3\div 5\) の答えは \(0.6\) です。小数点より下が \(0\) ではないので、自然数ではありません。

こちらも \(20\div 4\) は \(5\) で、自然数の中に残ります。

自然数の中では、わり算ができないことがあります。

整数の中で調べる

一つ外がわの仲間へ移ります。負の整数と \(0\) が加わりました。

たし算・引き算・かけ算は、いつでもできます

計算 式 答え 整数か
たし算 \((-9)+4\) \(-5\) 整数
引き算 \(3-5\) \(-2\) 整数
かけ算 \((-7)\times 10\) \(-70\) 整数

引き算の行を見てください。自然数の箱から外へ出た \(3-5\) が、整数の箱には残っています。セクション1で数を広げた成果です。

理由も書けます。ある数を引くことは、その数の反対の数をたすこと でした。整数の反対の数も整数なので、引き算はたし算に直せます。

かけ算の理由は 符号が先、絶対値があと から出ます。手順②で絶対値どうしをかけると、自然数どうしのかけ算になります。

わり算は、できないことがあります

ここが今日の山場です。\(3\div 5\) の答えは \(0.6\) でした。整数の箱からも、外へ出てしまいました。

できるわり算もあります。\((-35)\div 7\) は \(-5\) で、整数の中に残ります。

だから「整数の中では、わり算はできません」と書いてはいけません。言いすぎです。

整数の中では、わり算ができないことがあります。

反例が一つあれば足ります

「すべての〜」は、反例を一つ挙げればくずれます。

調べる文は「すべての整数どうしのわり算の答えは、整数である」です。反例は \(3\div 5\) です。

\(3\) も \(5\) も整数で、答えの \(0.6\) は整数ではありません。

入れ子の箱から答えが外へ出る様子を示した図 いちばん内がわに自然数の箱があり、その外に整数の箱、いちばん外に小数や分数もふくめた数の全体の箱がある。自然数の箱から下へ出る矢印には引き算の式が、整数の箱から下へ出る矢印にはわり算の式がそえられている。 どこまで 出るか 二つの 例で 見る 小数や 分数も ふくめた 数の 全体 整数 自然数 3 と 5 3 − 5 = −2 3 ÷ 5 = 0.6 引き算で 一つ 外へ わり算で もう 一つ 外へ

だから、さらに広げました

\(3\div 5\) の答えは \(\dfrac{3}{5}\) とも書けます。小数や分数もふくめた数の全体には、この数があります。

セクション1と同じ手を、もう一度使いました。答えが出せないのなら、答えが出せるように数の範囲を広げてしまう。

広げた先では、わり算もできます

理由は、セクション6のレッスン4の手順から出ます。わる数を逆数にして、かけ算に直す。

わる数に逆数があれば、わり算はかけ算に直せます。かけ算はいつでもできるので、商もいつでもあります。

0 で割ることだけは、どこまで広げてもできません

例外は \(0\) です。逆数がないのは \(0\) だけです。

実際にやってみます。\(3\div 0\) は「\(0\) に何をかけたら \(3\) になるか」でした。

0 × 1 = 0
0 × 100 = 0
0 × (−48) = 0
どんな数をもってきても 0 になり、3 にはならない

数を広げても、この行がふえるだけです。\(3\) に着く数は一つもありません。

\(0\) で割ってはいけないのではなく、商を決められないのです。

計算できないのは、わる数が \(0\) のときだけです。

二つの「できない」は、理由がちがいます

できない式 理由
整数の中の \(3\div 5\) 答えを書く数が、整数の仲間になかった
\(3\div 0\) あてはまる数が、どこにもない

\(3\div 5\) は、答えそのものはあります。整数という仲間が、せますぎただけです。

\(3\div 0\) は、仲間の広さの問題ではありません。「一つもない」と「一つに決まらない」は、別のことです。

数が足りないのと、商を決められないのは、別のことです。

一枚の表にまとめる

○はいつでもできる、×はできないことがある、という意味です。

数の仲間 たし算 引き算 かけ算 わり算
自然数 ○ × ○ ×
整数 ○ ○ ○ ×
小数や分数もふくめた数の全体 ○ ○ ○ ○

いちばん下の行のわり算だけ、ただし書きが付きます。\(0\) で割ることは、のぞいてあります。

×の三つは、\(3-5\) と \(3\div 5\) の二つの反例でくずせます。\(3\div 5\) は、自然数の仲間からも整数の仲間からも外へ出ます。

表を下へ読むと、○がふえます。×に戻った計算はありません。

内がわの箱に入っている数は、外がわの箱にも入っています。 内がわでできた計算は、外がわでもそのままできます。

○と×は、示し方がちがいます

くずすときは反例を一つ、示すときは理由を一つ。

×のところは、外へ出る例を一つ書けば足ります。

○のところは、例をいくつ並べても足りません。調べていない式が残るからです。だから○には、理由を書きます。

最初の問いに、答えが出ました

セクション1のレッスン1は、\(3-5\) から始まりました。答えを書く数が、そこにはなかったのです。

そして、こう決めました。答えが出せないのなら、答えが出せるように数の範囲を広げてしまう。

今日、同じことが起きました。\(3\div 5\) の答えが整数の中になかったので、また広げました。

セクション1からセクション8へつながる一本の道の図 四つの箱が上から下へならんでいる。自然数では引き算ができないことから整数へ広げ、整数ではわり算ができないことから小数や分数もふくめた数の全体へ広げる、という順に矢印でつながっている。 一つの 問いが ここまで つながっている セクション1 自然数の 中では 引き算が できないことが ある 広げた さきが 整数 引き算が いつでも できる セクション8 整数の 中では わり算が できないことが ある 広げた さきが 小数や 分数も ふくめた 数の 全体

広げてきた道すじは、一枚の地図にまとめます。それはセクション10のレッスン5「単元の地図と、次の単元へ」の仕事です。

例題1 自然数の中に残るかどうか

次の計算の答えは、自然数ですか。自然数でないものは、整数かどうかも答えなさい。

(1)\(8+13\) (2)\(8-13\) (3)\(16\div 2\) (4)\(9\div 4\)

先に計算して、答えを自然数の仲間にあてはめます。

式 答え 自然数か 整数か
(1) \(21\) 自然数 整数
(2) \(-5\) 自然数ではない 整数
(3) \(8\) 自然数 整数
(4) \(2.25\) 自然数ではない 整数ではない

確かめ

(1)21 − 13 = 8  (2)−5 + 13 = 8  (3)8 × 2 = 16  (4)2.25 × 4 = 9
どれも もどった

答えの吟味

外へ出たのは(2)と(4)です。自然数の行の×と合います。

答え (1)自然数 (2)自然数ではない。整数である (3)自然数 (4)自然数ではない。整数でもない

例題2 整数の中に残るかどうか

次の計算の答えは、整数ですか。

(1)\((-16)+7\) (2)\((-16)-7\) (3)\((-12)\times 14\) (4)\((-18)\div 5\)

小数点より下が \(0\) でなければ、整数ではありません。

式 答え 整数か
(1) \(-9\) 整数
(2) \(-23\) 整数
(3) \(-168\) 整数
(4) \(-3.6\) 整数ではない

確かめ

(1)−9 − 7 = −16  (2)−23 + 7 = −16
(3)(−168) ÷ 14 = −12  (4)(−3.6) × 5 = −18
どれも もどった

答えの吟味

外へ出たのは(4)だけです。整数の行の×は、わり算だけでした。

答え (1)整数 (2)整数 (3)整数 (4)整数ではない

例題3 わり算だけを集めて調べる

次のわり算の答えは、整数ですか。計算できないものは、そう書きなさい。

(1)\((-28)\div 4\) (2)\((-33)\div 11\) (3)\((-13)\div 5\) (4)\((-26)\div 0\)

わる数が \(0\) のものがないか、はじめに見ます。

式 答え 整数か
(1) \(-7\) 整数
(2) \(-3\) 整数
(3) \(-2.6\) 整数ではない
(4) 計算できない —

確かめ

(1)(−7) × 4 = −28  (2)(−3) × 11 = −33  (3)(−2.6) × 5 = −13
どれも もどった
(4)0 にかけて −26 になる数は 一つもない

答えの吟味

(1)と(2)はできました。だから「できないことがある」という言い方です。

答え (1)整数 (2)整数 (3)整数ではない (4)計算できない

例題4 文が正しいかどうかを決める

次の文が正しいかどうかを答えなさい。正しくないものは、反例を一つ挙げなさい。

  • (1)すべての自然数どうしのたし算の答えは、自然数である
  • (2)すべての自然数どうしの引き算の答えは、自然数である
  • (3)すべての整数どうしのかけ算の答えは、整数である
  • (4)すべての整数どうしのわり算の答えは、整数である

「すべての〜」なので、まず反例をさがします。見つからなければ、理由を書きます。

(4)で使う \(-19\) の絶対値は \(|-19|\) で \(19\) です。\(19\) は \(4\) で割り切れません。

文 さがしたもの 見つかったか 正しいか
(1) 反例 ない 正しい
(2) 反例 \(7-12\) 正しくない
(3) 反例 ない 正しい
(4) 反例 \((-19)\div 4\) 正しくない

確かめ

(1)自然数はたすほど大きくなる → ならびから出ない
(2)7 − 12 = −5  −5 は自然数ではない → 反例
(3)絶対値どうしの積は自然数か 0 → 符号を付けても整数
(4)(−19) ÷ 4 = −4.75  −4.75 は整数ではない → 反例

答えの吟味

反例は、話題に入っている数で作ります。(4)の \(-19\) と \(4\) は、どちらも整数です。

答え (1)正しい (2)正しくない。反例は \(7-12\) (3)正しい (4)正しくない。反例は \((-19)\div 4\)

例題5 ○のところの理由を書く

次の二つに、理由を書きなさい。反例をさがすのではありません。

  • (1)整数の中では、たし算がいつでもできる
  • (2)小数や分数もふくめた数の全体では、わり算がいつでもできる(\(0\) で割るときをのぞく)

○のときは、理由を一つ書きます。使う道具は、どちらも前のセクションのものです。

文 使う道具 理由の骨組み
(1) 絶対値と符号 絶対値は自然数か \(0\)。その和や差も同じ。符号を付ければ整数
(2) わる数を逆数にして、かけ算に直す。 \(0\) 以外には逆数がある。かけ算はいつでもできる

確かめ

(1)同じ符号なら 絶対値どうしをたす → 自然数か 0
(1)ちがう符号なら 大きい絶対値から 小さい絶対値を引く → 自然数か 0
(2)逆数がないのは 0 だけ → わる数が 0 でなければ かけ算に直せる

答えの吟味

例をいくつ並べても、○は示せません。だから理由の形で書きました。

答え (1)絶対値は自然数か \(0\) で、その和や差も自然数か \(0\) になる。符号を付ければ整数になるから (2)\(0\) 以外の数にはかならず逆数があり、かけ算に直せるから

今日の問い

「その仲間の中でいつでもできるか」を調べると、何がうれしいのでしょうか。

うれしいのは、計算を始める前に分かることです。○なら、答えは必ず仲間の中にあります。

セクション1のレッスン1では、計算できる式とできない式を見分ける手間について書きました。

自然数だけで引き算をしていたころは、\(8-3\) はよくて \(3-8\) はだめでした。

整数まで広げたあとは、その手間が消えます。わり算でも同じでした。

計算できないのは、わる数が \(0\) のときだけです。

よくある間違い

まちがい1:×のところを、全部できないと言い切る

整数の中でのわり算について答える問題です。

✗ 整数の中では、わり算はできません

言いすぎです。実際に一つ計算してみます。

(−56) ÷ 8 = −7  −7 は整数
(−7) × 8 = −56  もどった

整数どうしのわり算で、答えが整数になりました。だから言い切りはくずれます。

○ 整数の中では、わり算ができないことがあります

×の意味は「いつもできるとはかぎらない」です。「一度もできない」ではありません。

まちがい2:例をいくつか挙げて、○と決めてしまう

自然数の中で引き算がいつでもできるか、を答える問題です。

✗ 9 − 2 = 7  7 は自然数
✗ 15 − 6 = 9  9 は自然数
✗ だから 自然数の中では 引き算が いつでも できる

二つとも自然数になったのは本当です。それでも、調べていない式が残っています。

○ 2 − 9 = −7  −7 は自然数ではない
○ だから 自然数の中では 引き算が できないことが ある

くずすときは反例を一つ、示すときは理由を一つ。 例を並べるのは、どちらでもありません。

まちがい3:0 で割れないのは、数が足りないからだと思う

\(23\div 0\) について答える問題です。

✗ 23 ÷ 0 の答えは、まだ習っていない数だ
✗ もっと数を広げれば、そのうち見つかる

実際にためします。\(0\) にかけて \(23\) になる数をさがします。

0 × 5 = 0
0 × 0.25 = 0
どんな数をもってきても 0 になり、23 にはならない

広げても、この行がふえるだけです。\(23\) に着く数はありません。

○ 23 ÷ 0 は 商を決められない

数が足りないのと、商を決められないのは、別のことです。

自分で確かめよう

紙に書いてから、答えを開いてください。「いつでもできるか」の問題では、反例と理由のどちらを書くのかを先に決めること。

  1. 次の計算の答えは自然数ですか。自然数ではないものは、整数かどうかも答えなさい。

(1)\(6+17\) (2)\(6-17\) (3)\(36\div 6\) (4)\(11\div 2\)

  1. 次の計算の答えは整数ですか。

(1)\((-13)+(-8)\) (2)\((-13)-(-8)\) (3)\((-9)\times 15\) (4)\((-13)\div 8\)

  1. 次の文は正しいですか。正しくないものは反例を、正しいものは理由を書きなさい。 「すべての自然数どうしのかけ算の答えは、自然数である」

  2. 同じことを「すべての整数どうしの引き算の答えは、整数である」について答えなさい。

  3. 同じことを「すべての自然数どうしのわり算の答えは、自然数である」について答えなさい。

  4. \((-45)\div 5\) と \((-45)\div 0\) は、できないことのちがいがありますか。

  5. (1)自然数から整数へ広げたとき、新しくいつでもできるようになった計算は何ですか。 (2)整数からさらに広げたとき、新しくいつでもできるようになった計算は何ですか。

  6. 「小数や分数もふくめた数の全体では、わり算がいつでもできる」と言える理由を書きなさい。\(0\) で割るときはのぞきます。

  7. 次の答えはまちがっています。どこがまちがっているかを説明し、正しく直しなさい。

(−15) ÷ 4 は 整数にならないので 答えはない
  1. 同じように、次の答えを直しなさい。
19 ÷ 0 の答えは 0
  1. \(-31\) の絶対値は自然数ですか。また、\((-31)\div 4\) の答えは整数ですか。

  2. 次の数は整数ですか。整数なら、自然数かどうかも答えなさい。

(1)\(-\dfrac{10}{4}\) (2)\(\dfrac{63}{7}\)

答えと考え方

1.・2. 先に計算してから、仲間にあてはめます。小数点より下が \(0\) でなければ、整数ではありません。

問題 答え 自然数か 整数か
1(1) \(23\) 自然数 整数
1(2) \(-11\) 自然数ではない 整数
1(3) \(6\) 自然数 整数
1(4) \(5.5\) 自然数ではない 整数ではない
2(1) \(-21\) — 整数
2(2) \(-5\) — 整数
2(3) \(-135\) — 整数
2(4) \(-1.625\) — 整数ではない

確かめ

1(1)23 − 17 = 6  1(2)−11 + 17 = 6  1(3)6 × 6 = 36  1(4)5.5 × 2 = 11
2(1)−21 − (−8) = −13  2(2)−5 + (−8) = −13
2(3)(−135) ÷ 15 = −9  2(4)(−1.625) × 8 = −13
どれも もどった

答えの吟味

外へ出たのは引き算とわり算です。表の×と合っています。

答え 1(1)自然数 1(2)自然数ではない。整数である 1(3)自然数 1(4)自然数ではない。整数でもない 2(1)整数 2(2)整数 2(3)整数 2(4)整数ではない

3.〜5. 「すべての〜」なので、まず反例をさがします。見つからなければ理由を書きます。

文 さがしたもの 見つかったか 正しいか
3. 反例 ない 正しい
4. 反例 ない 正しい
5. 反例 \(5\div 8\) 正しくない

確かめ

3. かけ算は、同じ数を何回かたすこと 。自然数をたし続けても自然数のまま
4. ある数を引くことは、その数の反対の数をたすこと 。整数の反対の数は整数
5. 5 ÷ 8 = 0.625  5 も 8 も自然数 。0.625 は自然数ではない → 反例
5. 0.625 × 8 = 5  もどった

答えの吟味

  1. と 4. は反例が見つからないので、理由の形で書きました。

答え 3. 正しい。かけ算は同じ数を何回かたすことで、自然数をたし続けても自然数のままだから 4. 正しい。整数の反対の数も整数で、引き算はたし算に直せるから 5. 正しくない。反例は \(5\div 8\) で、\(0.625\) は自然数ではない

6. 二つは、理由がちがいます。

確かめ

(−45) ÷ 5 = −9  (−9) × 5 = −45  もどった
(−45) ÷ 0  0 にかけて −45 になる数は 一つもない

答えの吟味

\((-45)\div 5\) は、じつは整数になりました。外へも出ていません。

答え ちがいがある。\((-45)\div 5\) は \(-9\) で計算できる。\((-45)\div 0\) は \(0\) にかけて \(-45\) になる数が一つもないので、商を決められない

7.・8. 表を上から下へたどり、×から○に変わったところをさがします。

確かめ

自然数の行 … 引き算 × わり算 ×
整数の行  … 引き算 ○ わり算 ×
全体の行  … 引き算 ○ わり算 ○
8. 逆数がないのは 0 だけ → わる数が 0 でなければ かけ算に直せる

答えの吟味

○から×に戻った計算はありません。広げても、できていたことは失われません。

答え 7. (1)引き算 (2)わり算 8. \(0\) 以外の数にはかならず逆数があり、かけ算に直せる。かけ算はいつでもできるので、商もいつでもあるから

9. まちがっているのは、「答えはない」と書いたところです。

整数にならないことと、答えがないことは別です。\((-15)\div 4\) の答えは \(-3.75\) です。

確かめ

(−3.75) × 4 = −15  もどった
−3.75 は 整数ではないが、答えとしては ある

答えの吟味

数が足りないのと、商を決められないのは、別のことです。

答え 答えがないのではなく、答えが整数の外にあるだけ。正しくは \(-3.75\)

10. まちがっているのは、商を \(0\) と決めたところです。

\(19\div 0\) は「\(0\) に何をかけたら \(19\) になるか」でした。

確かめ

答えが 0 なら 0 × 0 = 19 になるはず
0 × 0 = 0  19 ではないので この答えは合っていない
0 にかけて 19 になる数は 一つもない

答えの吟味

\(0\) で割ってはいけないのではなく、商を決められないのです。

答え 商は \(0\) ではない。\(0\) にかけて \(19\) になる数が一つもないので、計算できない

11.・12. 絶対値と、その書き方が表している数を、分けて見ます。

問題 見るもの どの仲間か
11 の絶対値 \(31\) 自然数
11 の商 \(-7.75\) 整数ではない
12(1) \(-2.5\) 整数ではない
12(2) \(9\) 整数であり自然数

確かめ

−31 の絶対値は 31  31 は正の整数 → 自然数
(−31) ÷ 4 = −7.75  (−7.75) × 4 = −31  もどった
12(1)10 ÷ 4 = 2.5 なので −2.5  2.5 × 4 = 10  もどった
12(2)63 ÷ 7 = 9  9 × 7 = 63  もどった

答えの吟味

絶対値が自然数でも、わり算の答えが整数になるとはかぎりません。

答え 11. 絶対値は \(31\) で自然数。\((-31)\div 4\) は \(-7.75\) で整数ではない 12.(1)整数ではない (2)整数であり自然数

次のレッスンへ

今日で、単元の最初の問いに答えが出ました。その仲間の中だけで、四つの計算がいつでもできるだろうか。

この問いが、数を二度広げさせました。

そして 数が足りないのと、商を決められないのは、別のことです。 \(0\) で割ることだけは、どこまで広げても残ります。

次のレッスンは「素数」です。\(1\) とその数自身でしか割り切れない、特別な整数をあつかいます。

次のレッスンへ 素数 →

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。

UNDERSTANDING CHECK

理解チェック:その範囲でいつでも計算できるか

70% 合格ライン
  1. 設問 0
    四つの計算がいつでもできるかを、一枚の表にまとめました。わり算の欄についた×は、どういう意味ですか。
  2. 設問 1
    整数の中では、引き算がいつでもできます。その理由として正しいものはどれですか。
  3. 設問 2
    次の計算のうち、答えが整数にならないものはどれですか。
  4. 設問 3
    「すべての自然数どうしのわり算の答えは、自然数である」をくずす反例はどれですか。
  5. 設問 4
    次の答えはまちがっています。原因として正しいものはどれですか。「$(-14)\div 4$ は整数にならないので、答えはない」

まずは自分で選んでみましょう。採点・学習履歴への記録は、回答APIとの連携時に追加します。