加法
加法（かほう、テンプレート:Lang-en-short ）とは、数を合わせることを意味する二項演算あるいは多項演算で、四則演算のひとつ。足し算（たしざん）、寄せ算（よせざん）、加算（かさん）とも呼ばれる。また、加法の演算結果を和（わ、テンプレート:En）という。記号は「[[プラス記号とマイナス記号|テンプレート:Math]]」。
自然数の加法は、しばしばものの個数を加え合わせることに喩えられる。それは数の拡張にしたがってさらに広い範囲の数に対する加法を定める。
減法とは互いに逆の関係にあり、また例えば、負の数の加法として減法が捉えられるなど、加法と減法の関連は深い。これは代数学において加法群の概念として抽象化される。
無限個の数を加えること（総和法）については総和、級数、極限、ε–δ 論法などを参照。
記法
それぞれの項が分かっていて全てを書き表すことができるとき、それらの和は記号 "テンプレート:Math" を用いて表す。例えば、テンプレート:Math の和は
と記される[注 1]。これは テンプレート:Math に等しい。このことは等式として
と表される。
3 項以上の足し算についても、たとえば次のように書くことができる。
これは、テンプレート:Math の結果と テンプレート:Math の間の加法を表す。
また、全てを書き表すことができなくても、暗に何らかの規則性がある場合には間を記号 "…" で省略して表すことがある。例えば、テンプレート:Math から テンプレート:Math までの自然数の和は
のように書き表す。ただしこのような場合は、記号 テンプレート:Math を用いて書き表すほうが規則性を陽に表すことができて便利であり紛れがない（総和の項参照）。
- <math>\sum_{n=1}^{10} n = 1 + 2 + \dots + 10 = 55.</math>
注意すべき点として、2 つの数に対する加法を テンプレート:Math と表したときに左の項 テンプレート:Mvar と右の項 テンプレート:Mvar が「元の数」と「加える数」のいずれであるかは加法の定義に含まれない。
性質
数の加法のみに注目してその性質を挙げると以下のようなものがある。
- 対称性（交換法則）: テンプレート:Math
- 有限個の数を足すときは、順番を入れ替えて計算しても和は変わらない（ただし、無限個の数を足す場合は順番を入れ替えてはならない）。
- 例
- テンプレート:Math
- 推移性（結合法則）: テンプレート:Math
- 有限個の数を足すためには、どこから加えていっても結果は同じである。
これらは抽象代数学においては "加法" と呼ぶべきものの満たすべき公理的な性質と見なされる。他にも
- 単位元の存在 : ある数に テンプレート:Math を加えても変化しない。
- 逆元の存在 : ある数と、絶対値が同じで符号の異なる数との和は テンプレート:Math である。
などが加法に関する性質として挙げられる。
素朴な定義
何かを加えたとき、その結果として数が多くなったり量が大きくなったりすることは経験的に知られている。たとえばコップに水を加えればコップの中の水は増えるし、部屋に人が入れば部屋の中の人数は多くなる。このような「加えること」や「増加すること」に対する類推から、数学における演算として定義されたものが加法であると言える。 従って、直感的には「元の数」と「加える数」の間の加法は、それら 2 つの数より大きな数を結果として与えることが期待される。 このことは必ずしも正しくないが、正の数に関しては成り立っている。
また加える順番は結果には関係なく、加える順番を自由に変えたとしても得られる結果は常に等しくなる。このことは 2 つのコップに水が入っていたとして、どちらの水をどちら側へ注いでも水の量は変わらないことなどから類推できる。
加法の逆の操作として減法を考えたときに、減法の結果として負の数が得られることがある。減法によって新しい数を作ったとき、
ここで得られた数 テンプレート:Mvar は減法の性質から、次のような関係が成り立つ。
つまり、初めに テンプレート:Math という引き算によって得られた新しい数 テンプレート:Mvar は、テンプレート:Mvar に加えた結果が テンプレート:Mvar に等しくなる性質を持つ。 具体的に テンプレート:Math から テンプレート:Math を引いた数を テンプレート:Mvar としたとき、テンプレート:Math に テンプレート:Mvar を足した数は テンプレート:Math になる。テンプレート:Math は テンプレート:Math より小さいので、これは加法の結果がより小さな数を与えることを示している。
上の式で テンプレート:Mvar を テンプレート:Math としたとき、テンプレート:Mvar は テンプレート:Mvar との和が テンプレート:Math となる数である。この テンプレート:Mvar を テンプレート:Math と書くことにする。テンプレート:Math の足し算は テンプレート:Mvar の引き算と同じ結果を常に与える。したがって、正の数の減法は負の数の加法で置き換えられる。
さらに、スカラー量だけでなく、ベクトル、行列にも加法が定義されるようになるが、いずれも交換法則、結合法則を満たすものである。
正負の数の計算方法
2 数 テンプレート:Mvar の符号と絶対値に注目すると、和 テンプレート:Math は次のように計算することができる。
| 符号 | テンプレート:Math | テンプレート:Math | テンプレート:Math |
|---|---|---|---|
| テンプレート:Math | テンプレート:Math | ||
| テンプレート:Math | テンプレート:Math | ||
| テンプレート:Math | テンプレート:Math | テンプレート:Math | テンプレート:Math |
| テンプレート:Math | テンプレート:Math | テンプレート:Math | テンプレート:Math |
- 2 数の符号が同じ場合
- テンプレート:Mvar が共に正の数のとき
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math と テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math を足し、正の符号を付ける。
- テンプレート:Mvar が共に負の数のとき
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math と テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math を足し、負の符号を付ける。
- 2 数の符号が異なる場合
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math が テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math より大きい場合
- テンプレート:Mvar が正の数のとき
- テンプレート:Mvar が負の数のとき
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math から テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math を引き、正の符号を付ける。
- テンプレート:Mvar が負の数のとき
- テンプレート:Mvar が正の数のとき
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math から テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math を引き、負の符号を付ける。
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math が b の絶対値 テンプレート:Math より小さい場合
- テンプレート:Mvar が負の数のとき
- テンプレート:Mvar が正の数のとき
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math から テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math を引き、負の符号を付ける。
- テンプレート:Mvar が正の数のとき
- テンプレート:Mvar が負の数のとき
- テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math から テンプレート:Mvar の絶対値 テンプレート:Math を引き、正の符号を付ける。
- テンプレート:Mvar の絶対値が等しい場合
- 和は テンプレート:Math である。
脚注
関連項目
テンプレート:Math-stub
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