引子:同一道题,两台计算器

时不时就有一道短算式在网上爆红:6÷2(1+2)。一半人说是 9,一半人说是 1,还总有人晒出两台计算器结果不同的照片。在美国,“calculator” 常年是热门搜索词,这份好奇心有一部分就来自这里:机器不会算错,为什么两台机器答案不一样?

答案揭示了一件重要的事:数学符号是一种语言,语言靠约定运作。

运算顺序

算式要分层来读:

  1. 括号(小括号、中括号、大括号),由内向外。
  2. 乘方和开方。
  3. 乘法和除法,同级,从左到右。
  4. 加法和减法,同级,从左到右。

最容易出错的是第 3 条:乘法并不优先于除法,二者同级,按位置先后计算。

a÷b×c=(a÷b)×ca \div b \times c = (a \div b) \times c
同级运算:从左到右。

计算器为什么结果不同

分歧来自隐式乘法,也就是省略乘号,比如 2(1+2)2(1+2) 或 2x2x:

  • 严格约定:隐式乘法就是普通乘法。6÷2(1+2) = 6÷2×3 = 3×3 = 9。大多数手机计算器和编程语言都这样处理。
  • 并列优先约定:紧挨着写的部分构成一个整体,优先级更高。2(1+2) = 6,于是 6÷6 = 1。一些科学计算器型号和许多物理、工程教材这样读;写 1/2x1/2x 的人几乎总是指 1/(2x)1/(2x)。

两者都不算错,只是对一个表达不清的写法采用了不同的读法。所以专业数学里从不这样写,而是用分数线。

9严格约定1并列优先约定
6÷2(1+2) 的两种读法:严格约定得 9,并列优先约定把 2(1+2) 看作整体,得 1。
62(1+2)=962(1+2)=1\frac{6}{2}(1+2) = 9 \qquad \frac{6}{2(1+2)} = 1
分数线明确了分子和分母。

例题详解

我们仔细计算一个没有歧义的算式:18 − 12 ÷ 3 × 2 + 1。

分步求解:18 − 12 ÷ 3 × 2 + 1
  1. 12÷3=4\displaystyle 12 \div 3 = 4 没有括号和乘方,直接从左到右做乘除,先算 12 ÷ 3。
  2. 18−4×2+1=18−8+1\displaystyle 18 - 4 \times 2 + 1 = 18 - 8 + 1 代入后继续向右:4 × 2。
  3. 10+1\displaystyle 10 + 1 只剩加减,从左到右:18 − 8 = 10。
  4. =11\displaystyle = 11 结果:11。
  5. 18−((12÷3)×2)+1=11\displaystyle 18 - ((12 \div 3) \times 2) + 1 = 11 验算:用括号写明顺序,18 − ((12 ÷ 3) × 2) + 1 = 18 − 8 + 1 = 11。

注意第 2 步:如果先算 3 × 2,就会得到 12 ÷ 6 = 2,最后 18 − 2 + 1 = 17,这是错的。加上括号后,(18 − 12) ÷ (3 × 2) + 1 = 6 ÷ 6 + 1 = 2。同样的数字,不同的分组,结果是 11 和 2。

生活中同样重要:假设一笔订单是 ¥40 加 3 件单价 ¥5 的商品,输入 40 + 3 × 5 得 ¥55,正确;输入 (40 + 3) × 5 却得 ¥215。

11正确顺序17先算 3 × 2(错误)2加括号
同样的数字,不同的读法:从左到右得 11;先算 3 × 2 得 17,是错的;加括号 (18 − 12) ÷ (3 × 2) + 1 得 2。

常见错误

  • 总是先乘后除。 乘除同级,从左到右。
  • 总是先加后减。 10 − 4 + 2 等于 8,不是 4。
  • 混淆 −32-3^2 和 (−3)2(-3)^2。 −32=−9-3^2 = -9,而 (−3)2=9(-3)^2 = 9。
  • 叠加的指数。 232=29=5122^{3^2} = 2^9 = 512,不是 82=648^2 = 64。
  • 盲目相信按键。 考试前,在你的计算器上试一下 6÷2(1+2)。

如何写出没有歧义的算式

只要可能有两种读法,就加括号。多加的括号不会改变正确算式的值,只会消除疑问。书写时优先用分数线而不是 ÷;在计算器或表格中输入 (6/2)(1+2) 或 6/(2(1+2))。

常见问题

6÷2(1+2) 到底是 9 还是 1?

按多数计算器和编程语言采用的严格约定,是 9;若让隐式乘法优先,则是 1。这个算式有歧义,应当改写。

乘法是不是比除法优先?

不是。乘除同级,加减同级,同级内从左到右。

为什么科学计算器和手机结果不一样?

部分型号让没有乘号的乘积(如 2(3))优先于除法。输入乘号并加上括号,两者就一致了。

考试时用哪种约定?

用严格约定。好的试题会用分数线和括号避免歧义。