【数学】正負の数の足し算・引き算とは?マイナスを引くとなぜ増えるのか

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すくぞう
すくぞう

博士!

前回の「正負の数(マイナスの数)の基本」でマイナスが「反対の向き」だってことは分かったんだけど、マイナスの足し算や引き算になると頭が混乱してくるよ。

博士
博士

ふむ、具体的にどんな計算で引っかかっておるのかな?

すくぞう
すくぞう

例えば「 5 + (-3) 」みたいにマイナスを足すと減るのも不思議だし、特に「 5 - (-3) 」みたいに「マイナスを引くとなぜか増えてプラスになる」のがよく分からないよ。引いているのになんで増えるの?

博士
博士

そこは多くの人が最初につまずきやすいポイントじゃな。

「足す=増える」「引く=減る」という小学校までのイメージのままだと、違和感が出やすいのじゃ。

今回は日常の例えと数直線のイメージを使って、なぜそうなるのかを順番に見ていこう。

マイナスを足すとなぜ減るのか(借金カードの例え)

すくぞう
すくぞう

まずは「 5 + (-3) 」の足し算から教えて!

足しているのに答えが 2 に減るのはどうして?

博士
博士

日常の「お小遣いカード」と「借金カード」で考えてみよう。

+1 円のカード」は1円もらえるカード、「 -1 円のカード」は1円支払わなければいけない借金カードとするのじゃ。

すくぞう
すくぞう

なるほど、マイナスは借金カードなんだね。

博士
博士

今、手元に5円ある状態( +5 )とするじゃろ。そこに「3円の借金カード( -3 )」を1枚「追加する(足す)」と、全体として使えるお金はどうなるかな?

すくぞう
すくぞう

あっ、借金カードを追加されたら、持ち金は減ってしまうね。

博士
博士

その通りじゃ。「 -3 というマイナスの状態を足す(追加する)」ということは、「借金を増やす」のと同じことなのじゃよ。

だから、足し算であっても結果として全体は減るのじゃな。

5 + (-3) = 2

マイナスを引くとなぜ増えるのか(借金を取り除く例え)

すくぞう
すくぞう

じゃあ本題の「 5 - (-3) 」だよ。「マイナスを引く」となんでプラスになって増えるの?

博士
博士

これも今のカードで考えてみよう。

今、手元に5円のお金と、3円の借金カード( -3 )を持っている状態をイメージするのじゃ。

すくぞう
すくぞう

借金カードを持っているから、実質の価値は2円だね。

博士
博士

ここで、「その3円の借金カード( -3 )を引き取ってあげるよ(引く)」と言って、取り除いてくれたらどうなるかな?

すくぞう
すくぞう

あっ、借金カードを取り除いてくれたら、自分の借金が消えて、実質3円分増えたことになるね!

博士
博士

その通りじゃ。「借金(マイナス)を取り除く(引く)」ということは、負債が消えるわけじゃから「実質的にお金が増える(プラス)」のと同じ効果を持つのじゃよ。

だから、マイナスを引く計算は、プラスを足す計算と同じ結果になるのじゃな。

5 - (-3) = 5 + 3 = 8

数直線で考える「顔の向き」と「前後進」

すくぞう
すくぞう

借金のカードの例えでイメージは湧いたけど、数直線を使って説明する方法もあるの?

博士
博士

もちろんじゃ。数直線の上で「ロボットの移動」として考えると、加減の計算を共通のルールで説明できるぞ。

プラスは右向き・マイナスは左向き

博士
博士

まず、足し算( + )と引き算( - )の記号は「ロボットがどちらの方向を向くか」を表すのじゃ。

  • + (足し算):右(プラスの方向)を向く
  • - (引き算):左(マイナスの方向)を向く
すくぞう
すくぞう

なるほど。足すか引くかは「顔の向き」の指示なんだね。

後ろの数は「前進」と「バック」

博士
博士

そして、後ろにつく数の符号は「前に進むか、バック(後ろに進む)するか」を表すのじゃ。

  • プラスの数( +3 や 3):向いている方向へ前に進む
  • マイナスの数( -3 ):向いている方向とは逆にバック(後ろへ下がる)する
すくぞう
すくぞう

じゃあ、「 5 - (-3) 」をロボットで動かしてみるよ。

  1. スタート位置の「5」に立つ
  2. 引き算( - )だから「左(マイナス方向)」を向く
  3. -3 」だから「後ろへ3マスバック」する
博士
博士

正解じゃ。左を向いて後ろにバックすると、ロボットはどこへ移動したかな?

すくぞう
すくぞう

あっ、左を向いてバックしたから、進んだ方向は右(プラス方向)だね。だから 5 + 3 と同じ位置にたどり着くんだね。

博士
博士

その通りじゃ。「左を向いてバックする」から、移動する向きは右(プラス)になる。これが「マイナスを引くとプラスになる」仕組みなのじゃな。

かっこを外す計算の手順

すくぞう
すくぞう

実際の計算のときに使う手順も整理しておきたいな。

博士
博士

うむ、原理が理解できたら、かっこを外して計算を整理する手順を見ておこう。

符号が2つ並んだときは、以下のルールで1つの符号にまとめるのじゃ。

  • 符号が異なるとき( +--+ ):マイナス( - )にする
    • 例: 5 + (-3) = 5 - 3 = 2
  • 符号が同じとき( --++ ):プラス( + )にする
    • 例: 5 - (-3) = 5 + 3 = 8
すくぞう
すくぞう

「符号が異なればマイナス」「符号が同じならプラス」と整理すれば、かっこを外して計算できるね。

確かめ演習問題

すくぞう
すくぞう

問題で確かめてみるよ。

解答・解説

(1) 答え: -4

解説:

+(-7) は符号が異なるのでマイナスにまとめます。

3 - 7 = -4

(2) 答え: 10

解説:

-(-6) は符号が同じなのでプラスにまとめます。

4 + 6 = 10

解答・解説

(1) 答え: -7

解説:

かっこを外すと -2 - 5 になります。マイナス2の位置から左へ5進むので -7 です。

-2 - 5 = -7

(2) 答え: -5

解説:

かっこを外すと -8 + 3 になります。マイナス8の位置から右へ3進むので -5 です。

-8 + 3 = -5

まとめ

すくぞう
すくぞう

マイナスの足し算・引き算は「借金カードの取り除き」や「ロボットの向きとバック」で考えるとよく分かったよ。

博士
博士

原理から理解しておけば、符号が並んでも迷いにくくなるのじゃ。

加減ができるようになれば、次は正負の数の掛け算や割り算(乗除)へ進めるぞ。

すくぞう
すくぞう

マイナスの掛け算はどう考えるんだろう?

博士
博士

次回は「なぜマイナス×マイナスはプラスになるのか?」について考えていこう。

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