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有理数运算核心法则全解析
江义寒似懂非懂,为什么“运算规则”比“计算结果”更重要?
老师笑了笑,继续讲。“第一课我们认识了有理数(整数、分数),但数学的核心是“运用”——比如用有理数计算温度变化、收支总和、路程远近等。与小学正数运算相比,有理数运算多了“符号判断”,这是易错点,也是本节课的重点:
1. 小□□算:只关注“数值大小”(如5+3=8);
2. 有理数运算:先判断“符号”(正或负),再计算“绝对值”(数值大小),即“先定符号,再算绝对值”。
记住:有理数运算的本质是“符号法则+小□□算”,掌握了符号规律,就能把复杂的有理数运算转化为熟悉的正数运算。
二、核心知识点1:有理数的加法——“正负抵消”的艺术
(一)加法的本质:求“两个量的和”
生活中很多场景需要用加法解决,比如:
- 温度:零上3℃(+3)加零下2℃(-2),最终温度是多少?
- 收支:收入50元(+50)加支出30元(-30),最终结余多少?
这些问题都需要通过有理数加法回答,核心是理解“正负量的抵消关系”——正数和负数相加,本质是“绝对值相减”(抵消),符号由绝对值大的一方决定。
(二)有理数加法法则(重中之重,需熟练背诵)
根据两个加数的符号(同号、异号、含0),分为三种情况:
1. 同号两数相加:取相同的符号,并把绝对值相加。
例1:(+5)+(+3)=+8(两个正数相加,符号为正,绝对值5+3=8);
例2:(-4)+(-2)=-6(两个负数相加,符号为负,绝对值4+2=6)。
简单记:“同号得同,绝对值相加”。
2. 异号两数相加:取绝对值较大的加数的符号,并用较大的绝对值减去较小的绝对值。
例3:(+7)+(-4)=+3(正数绝对值7>负数绝对值4,符号为正,7-4=3);
例4:(-5)+(+2)=-3(负数绝对值5>正数绝对值2,符号为负,5-2=3)。
简单记:“异号得大,绝对值相减”。
3. 一个数与0相加:仍得这个数。
例5:0+(+6)=+6;例6:(-3)+0=-3。
(三)特殊情况:互为相反数的两数相加
若a与b互为相反数(即a+b=0),则它们的和为0。
例7:(+3)+(-3)=0;例8:(-\frac{1}{2})+(+\frac{1}{2})=0。
这是“异号相加”的极端情况(绝对值相等),此时“绝对值相减为0”,结果为0。
(四)加法的运算步骤(规范步骤,避免出错)
1. 确定两个加数的符号(同号、异号、含0);
2. 根据法则判断和的符号;
3. 计算绝对值的和或差;
4. 写出最终结果(带符号)。
例9:计算(-8)+(+5)
步骤:①异号;②绝对值8>5,符号为负;③ 8-5=3;④结果为-3。
(五)易错点警示
1. 同号相加时漏写符号:如(-2)+(-3)误算为5,正确结果是-5(符号为负);
2. 异号相加时搞反“加减”:如(+4)+(-6)误算为+2,正确是-2(6-4=2,符号为负);
3. 忽略“0的加法”:如0+(-5)误算为5,正确是-5(0加任何数得原数)。
三、核心知识点2:有理数的减法——“转化为加法”的魔法
(一)减法的本质:求“两个量的差”
减法是加法的逆运算,比如“5-3”可以理解为“求一个数x,使得x+3=5”。但有理数减法无法直接用“数值相减”,需通过“转化法则”变成加法运算——这是减法的核心技巧。
(二)有理数减法法则(核心公式,必须掌握)
减去一个数,等于加上这个数的相反数。
用字母表示:a - b = a + (-b)(“-b”是b的相反数)。
关键词:“减变加,数变号”——即减号变成加号,被减的数(减数)变成它的相反数,其余不变。
(三)减法的运算步骤(四步走,零失误)
1. “减变加”:把减法符号“-”变成加法符号“+”;
2. “数变号”:把减数变成它的相反数(正数变负数,负数变正数,0不变);
3. 按照有理数加法法则计算;
4. 写出结果。
例10:计算(+7) - (+3)
步骤:①减变加:(+7) + (-3);②异号相加:7-3=4,符号为正;③结果+4。
例11:计算(-5) - (-2)
步骤:①减变加:(-5) + (+2);②异号相加:5-2=3,符号为负;③结果-3。
例12:计算0 - (-4)
步骤:①减变加:0 + (+4);② 0加任何数得原数;③结果+4。
例13:计算(+6) - 0
步骤:①减变加:(+6) + 0;②结果+6(任何数减0得原数)。
(四)生活应用:用减法解决“差值问题”
例14:某地白天最高气温是+8℃,夜间最低气温是-2℃,求白天与夜间的温差(最高温-最低温)。
解:8 - (-2) = 8 + (+2) = 10(℃),答:温差是10℃。
(五)易错点警示
1. 只变符号不变运算:如(-3) - (+4)误算为(-3) - (-4),正确是(-3) + (-4);
2. 漏变减数符号:如7 - (-5)误算为7 + (-5),正确是7 + (+5);
3. 减法直接算数值:如(-6) - 2误算为(-6)+2=-4,正确是(-6)+(-2)=-8。
四、核心知识点3:有理数的加减混合运算——“统一成加法”的简化技巧
(一)混合运算的本质:多个加法的组合
有理数加减混合运算(如3 - 5 + 7 - 2),本质是“多个有理数相加”——因为减法都能转化为加法,所以混合运算可统一为“代数和”的形式。
(二)核心技巧:将混合运算转化为“代数和”
1. 把所有减法转化为加法(减变加,数变号);
2. 省略所有加法符号“+”,写成“代数和”(数字前的符号表示正负)。
例15:将3 - 5 + 7 - 2转化为代数和
步骤:①转化减法:3 + (-5) + (+7) + (-2);②省略加号:3 - 5 + 7 - 2(读作“3、负5、正7、负2的和”)。
(三)混合运算的两种常用方法
1. 直接法:从左到右依次计算(适合步数少的题目)
例16:计算(-2) + (+5) - (-3) - (+1)
步骤:①转化加法:(-2)+(+5)+(+3)+(-1);②左到右算:(-2+5)=3;(3+3)=6;(6-1)=5;③结果5。
2. 简便法:运用“加法运算律”分组计算(适合步数多的题目)
加法有两个核心运算律,能大幅简化计算:
- 加法交换律:a + b = b + a(交换加数位置,和不变);
- 加法结合律:(a + b) + c = a + (b + c)(改变相加顺序,和不变)。
常用简便分组技巧:
- 同号结合:把正数、负数分别分组相加;
- 凑整结合:把和为整数(如10、0)的数分组相加;
- 相反数结合:把互为相反数的数分组(和为0)。
例17:计算(-8) + (+10) + (+2) + (-1)(凑整结合)
解:[(-8) + (+10)] + [(+2) + (-1)] = 2 + 1 = 3。
例18:计算(+3) + (-5) + (-2) + (+7) + (-4)(同号结合)
解:[(+3) + (+7)] + [(-5) + (-2) + (-4)] = 10 + (-11) = -1。
例19:计算(-\frac{1}{2}) + (+\frac{3}{4}) + (+\frac{1}{2}) + (-\frac{1}{4})(相反数结合)
解:[(-\frac{1}{2}) + (+\frac{1}{2})] + [(+\frac{3}{4}) + (-\frac{1}{4})] = 0 + \frac{1}{2} = \frac{1}{2}。
(四)混合运算的书写规范
1. 转化为代数和后,可省略加号,但数字前的符号必须保留;
2. 分组计算时,用括号区分每组,括号间用加号连接;
3. 步骤清晰,每一步只做一件事(如先转化减法,再分组,最后计算)。
(五)易错点警示
1. 转化代数和时漏变符号:如5 - 3 - (-2)误写成5 - 3 - 2,正确是5 - 3 + 2;
2. 交换位置时漏带符号:如(-3) + 5 - 2误写成(-3) - 2 + 5(正确),但不能写成-3 + 2 - 5(符号带错);
3. 分组时忘记加括号:如10 - 6 + 3误算为10 - (6 + 3)=1,正确是10 - (6 - 3)=7或(10 - 6) + 3=7。
五、核心知识点4:有理数的乘法——“符号优先,绝对值相乘”
(一)乘法的本质:求“几个相同加数的和”
与加法类似,乘法也需先判断符号,再计算绝对值。比如“3个-2相加”:(-2)+(-2)+(-2)=-6,即(-2)×3=-6。
(二)有理数乘法法则(符号规律是核心)
1. 两数相乘:
- 同号得正,异号得负,并把绝对值相乘;
- 任何数与0相乘,都得0。
例20:(+4)×(+3)=+12(同号得正,4×3=12);
例21:(-5)×(+2)=-10(异号得负,5×2=10);
例22:(-3)×(-6)=+18(同号得正,3×6=18);
例23:7×0=0;例24:(-\frac{1}{2})×0=0。
2. 多个有理数相乘:
- 先看有几个负数(负因数的个数):
- 负因数的个数为偶数时,积为正;
- 负因数的个数为奇数时,积为负;
- 再把所有数的绝对值相乘;
- 若其中有一个因数为0,积为0。
例25:(-2)×(+3)×(-4)(2个负数,偶数)
解:(2×3×4)=24,积为正,结果24。例26:(-1)×(-2)×(-3)×(+4)(3个负数,奇数)
解:(1×2×3×4)=24,积为负,结果-24。例27:(-5)×(-3)×0×(+2)=0(有因数0,积为0)。
(三)乘法的运算律(简化计算的关键)
与加法运算律类似,乘法运算律可改变运算顺序,简化计算:
1. 乘法交换律:a×b = b×a(交换因数位置,积不变);
例:(-3)×5=5×(-3)=-15。
2. 乘法结合律:(a×b)×c = a×(b×c)(改变结合顺序,积不变);
例:[(-2)×3]×(-4)=(-2)×[3×(-4)]=(-2)×(-12)=24。
3. 乘法分配律:a×(b + c) = a×b + a×c(一个数乘两个数的和,等于分别乘后相加);
逆用:a×b + a×c = a×(b + c)(提取公共因数,简化计算)。例28:计算(-4)×(+\frac{1}{2} - \frac{3}{4})(正用分配律)
解:(-4)×\frac{1}{2} + (-4)×(-\frac{3}{4}) = -2 + 3 = 1。例29:计算3×(-5) + 3×(-7)(逆用分配律)
解:3×[(-5) + (-7)] = 3×(-12) = -36。
(四)乘法的运算步骤
1. 确定因数个数(两数或多数);
2. 判断积的符号(根据负因数个数或同异号);
3. 计算绝对值的积;
4. 写出结果(带符号)。
(五)易错点警示
1. 多个数相乘时漏看负因数个数:如(-2)×(-3)×(-1)误算为6,正确是-6(3个负数,奇数);
2. 分配律应用时漏乘或符号错误:如(-2)×(3 - 4)误算为-2×3 - 4=-10,正确是-2×3 + (-2)×(-4)=-6+8=2;
3. 误认为“任何数乘-1都得1”:如(-5)×(-1)=5(正确),但5×(-1)=-5(不是1)。
六、核心知识点5:有理数的除法——“转化为乘法”的逆向运算
(一)除法的本质:求“一个数的倒数”
除法是乘法的逆运算,比如“6÷2”就是“求一个数x,使得2×x=6”。但有理数除法需先明确“倒数”的概念——这是除法转化为乘法的关键。
(二)倒数的定义:乘积为1的两个数互为倒数
1. 若a×b=1,则a与b互为倒数(如2×\frac{1}{2}=1,所以2和\frac{1}{2}互为倒数);
2. 倒数的符号:与原数同号(正数的倒数是正数,负数的倒数是负数);
3. 特殊情况:0没有倒数(因为0乘任何数都得0,无法得1)。
例30:求下列数的倒数:
(1)3→\frac{1}{3};(2)-\frac{2}{3}→-\frac{3}{2}(因为(-\frac{2}{3})×(-\frac{3}{2})=1);(3)1→1(1×1=1);(4)-1→-1((-1)×(-1)=1)。
(三)有理数除法法则(两种表述,本质相同)
1. 法则一(直接除):
- 同号得正,异号得负,并把绝对值相除;
- 0除以任何不等于0的数,都得0;
- 任何数除以0都无意义(分母不能为0)。
例31:(+12)÷(+4)=+3(同号得正,12÷4=3);
例32:(-15)÷(+3)=-5(异号得负,15÷3=5);
例33:(-20)÷(-5)=+4(同号得正,20÷5=4);
例34:0÷(-7)=0;例35:(-3)÷0(无意义)。
2. 法则二(转化乘):
除以一个不等于0的数,等于乘这个数的倒数。
用字母表示:a÷b = a×\frac{1}{b}(b≠0)。这是更常用的法则,尤其适合分数除法(避免复杂的绝对值相除)。
(四)除法的运算步骤(优先用“转化乘”法则)
1. 判断除数是否为0(若为0,无意义);
2. “除变乘”:把除法符号“÷”变成乘法符号“×”;
3. “数变倒”:把除数变成它的倒数(符号不变,分子分母颠倒);
4. 按照有理数乘法法则计算;
5. 写出结果。
例36:计算(-\frac{3}{4})÷(-\frac{2}{3})
步骤:①除变乘:(-\frac{3}{4})×(-\frac{3}{2});②同号得正,绝对值相乘:\frac{3×3}{4×2}=\frac{9}{4};③结果\frac{9}{4}。
例37:计算(+6)÷(-\frac{1}{2})
步骤:①除变乘:6×(-2);②异号得负,绝对值相乘:12;③结果-12。
(五)乘除混合运算技巧
1. 先把所有除法转化为乘法(除变乘,数变倒);
2. 确定积的符号(负因数个数:偶数正,奇数负);
3. 约分简化(先约分再相乘,避免大数计算);
4. 计算最终结果。
例38:计算(-8)÷(+2)×(-\frac{1}{4})
步骤:①转化乘法:(-8)×\frac{1}{2}×(-\frac{1}{4});②负因数个数2(偶数),积为正;③约分:8×\frac{1}{2}×\frac{1}{4}=1;④结果1。
(六)易错点警示
1. 0的倒数错误:认为“0的倒数是0”,实际0没有倒数;
2. 除法直接算绝对值:如(-10)÷(-2)误算为-(10÷2)=-5,正确是+5(同号得正);
3. 乘除混合时顺序错误:如6÷2×3误算为6÷(2×3)=1,正确是(6÷2)×3=9(先左后右,或转化为乘法);
4. 倒数符号错误:如-\frac{1}{3}的倒数误算为\frac{1}{3},正确是-3(倒数与原数同号)。
七、核心思维方法:从“会算”到“算得巧”
有理数运算不仅要“算对”,还要“算得快、算得巧”,掌握以下3种思维方法,能大幅提升运算效率:
1. 转化思维:把“陌生运算”转化为“熟悉运算”
减法→加法(减变加,数变号)、除法→乘法(除变乘,数变倒),本质都是“转化”——将不熟悉的有理数运算,转化为小学就会的正数加减乘除。
例:(-5) - 3 + (-7)÷2 = (-5) + (-3) + (-7)×\frac{1}{2}(全部转化为加法和乘法)。
2. 凑整思维:利用运算律“凑出整数或0”
计算前先观察数字特点,把和为0(相反数)、和为10/100(凑整)、积为1(倒数)的数分组,减少计算量。
例:1.25 + (-3) + (-0.25) + 5 = (1.25 - 0.25) + (-3 + 5) = 1 + 2 = 3(凑整结合)。
3. 符号思维:先定符号,再算绝对值
所有有理数运算,第一步都要“判断符号”,再计算数值——符号错了,结果必然错;符号对了,数值计算只需要小学基础。
例:计算(-3)×(-4) - (-6)÷2,先定符号:乘法同号得正(3×4=12),除法异号得负(-6÷2=-3,再减这个数即+3),最终12+3=15。
八、实战练习题:分层巩固,突破难点
(一)基础题(夯实法则)
1. 计算下列加法:
(1)(-3) + (+5);(2)(-7) + (-2);(3)0 + (-4);(4)(+\frac{1}{3}) + (-\frac{1}{3})。
2. 计算下列减法:
(1)(+8) - (+5);(2)(-6) - (-3);(3)0 - (+2);(4)(-\frac{2}{5}) - (+\frac{1}{5})。
3. 计算下列乘除:
(1)(-4)×(-5);(2)(+6)×(-\frac{1}{2});(3)(-12)÷(+3);(4)(-\frac{3}{4})÷(-\frac{1}{4})。
4. 计算混合运算:
(1)(-2) + (+7) - (-3);(2)(-3)×(+2)÷(-6);(3)10 - 8÷(-2)×(-4)。
(二)提升题(灵活运用)
1. 用运算律简便计算:
(1)(-15) + (+24) + (+15) + (-4);(2)(-\frac{1}{4})×(+8)×(-0.5);(3)(-6)×(\frac{1}{2} - \frac{1}{3})。
2. 解决实际问题:
(1)一只蜗牛从数轴上的原点出发,先向右爬3个单位,再向左爬5个单位,最后向右爬2个单位,求蜗牛最终的位置(用数轴上的数表示)。
(2)某商店一周收支情况如下(收入为正):+1200元、-300元、-150元、+2000元、-500元、+300元、-200元,求该商店一周的总收支。
(三)答案提示
基础题
1. (1)2;(2)-9;(3)-4;(4)0。
2. (1)3;(2)-3;(3)-2;(4)-\frac{3}{5}。
3. (1)20;(2)-3;(3)-4;(4)3。
4. (1)8;(2)1;(3)10 - 16 = -6。
提升题
1. (1)[(-15)+(+15)] + [(+24)+(-4)] = 0 + 20 = 20;(2)(+\frac{1}{4}×8)×0.5 = 2×0.5 = 1;(3)-6×\frac{1}{2} + 6×\frac{1}{3} = -3 + 2 = -1。
2. (1)0 + 3 - 5 + 2 = 0;(2)1200 - 300 - 150 + 2000 - 500 + 300 - 200 = 2350(元)。
九、总结:有理数运算的“核心口诀”
七年级数学第二课的核心是“有理数运算”,记住以下口诀,能快速掌握关键:
1. 加法:同号相加取同号,绝对值相加;异号相加取大号,绝对值相减;0加任何数不变号。
2. 减法:减变加,数变号,再按加法算一套。
3. 乘法:同号得正,异号得负,绝对值相乘;0乘任何数都得0;多个负数看个数,偶正奇负。
4. 除法:除变乘,数变倒,符号规则同乘法;0除无意义,0被除得0。
有理数运算看似复杂,但只要抓住“先定符号,再算绝对值”的核心,熟练运用转化法则和运算律,就能从“算错”到“算对”,再到“算得巧”。从第二课开始,养成“先观察、再转化、后计算”的习惯,后续学习更复杂的运算(如乘方、整式运算)时会更轻松。”
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