运算顺序:一步一步算给你看

课堂笔记 · 作者 MathIt 团队 · 发布于 · 阅读约7分钟

方格纸上用铅笔一行一步地演算一道带括号的多步算式。

四则运算的正确顺序是什么?

一句话:先算括号里面的,再算乘方,然后先乘除后加减,同一级里从左往右。乘除是同一级,谁在左边谁先算;加减也是同一级,同样从左往右。最常被漏掉的正是这一条——乘法并不比除法高一级,加法也不比减法高一级。

要点速览

  • 只有四步,不是六步:括号、乘方、乘除、加减。
  • 乘和除共用一步,加和减共用一步。同一步里从左往右。
  • 英文里的 PEMDAS、BODMAS、BIDMAS 和 BEDMAS 是同一条规则的不同字母。
  • 6 ÷ 2(1 + 2) 之争是写法不好,不是算术不好。加括号就能终结它。

一句话说清这条规则

按这个顺序走:先算括号里面的,再算乘方,然后乘除一起、从左往右,最后加减一起、从左往右。整条规则就这些。下面全部内容,只是把这句话小心地用一遍。

还要知道它不是什么。这里没有任何东西被证明过,也不牵涉什么自然法则。它是一条书写约定,约好之后,所有读到 4 + 3 × 5 的人才会得出同一个数。没有它,一个人先加得 35,另一个人先乘得 19,谁也说不清是谁读错了。有了它,答案是 19:先算 3 × 5,再加 4。

括号是那个超控开关。凡是这条规则能表达的,括号都能表达得更直白——所以一行式子让人犯迷糊时,加括号永远是对的做法。

英文里的 PEMDAS、BODMAS 是另一套规则吗?

不是。它们是同一条约定的不同助记词,取决于你在哪里上学。字母变了,做事的顺序没变。中文里的说法更省事:先算括号里面的,先乘除后加减,同级从左往右。

缩写字母代表什么主要在哪里教
PEMDAS小括号、乘方、乘与除、加与减美国、菲律宾
BODMAS括号、乘方、除与乘、加与减英国、印度、澳大利亚、南非
BIDMAS括号、指数、除与乘、加与减英国、爱尔兰
BEDMAS括号、乘方、除与乘、加与减加拿大、新西兰

有三点值得注意:

  • 小括号和括号是一回事。乘方、指数、幂也是一回事:都指 3² 或 2³ 这种写法。
  • PEMDAS 把 M 放在 D 前面,BODMAS 把 D 放在 M 前面。这不改变任何事:两种运算同级。缩写总得先印一个字母,数学本身不在乎。
  • 每一个版本都藏起了规则里最要紧的那一半:同级从左往右。

大多数人错在哪里?

他们把缩写当成六步。其实只有四步,因为乘和除共用一步,加和减共用另一步。

  1. 括号,先算最里面那一层。
  2. 乘方。
  3. 乘和除,从左往右。
  4. 加和减,从左往右。

在同一步里,要像读句子一样从左往右读,先碰到哪个就先算哪个。三行短式子就能说明问题,每一行后面都跟着那个被缩写诱导出来的错误答案:

  • 10 − 4 + 3 = 6 + 3 = 9。不是 10 − 7 = 3。
  • 100 ÷ 5 ÷ 2 = 20 ÷ 2 = 10。不是 100 ÷ 2.5 = 40。
  • 20 − 12 ÷ 4 × 2 = 20 − 3 × 2 = 20 − 6 = 14。不是 20 − 12 ÷ 8 = 18.5。

每一次,错误答案都来自逐字服从缩写,而不是从左往右读。自查的办法:一行式子里同时出现 × 和 ÷,或者同时出现 + 和 −,动手之前先说出哪一个更靠左。

五道例题,一步一行

按难度排的五行,从一次乘法一直到带乘方的嵌套括号。每一道都写成一步一行——这个格式值得照抄。

1. 4 + 3 × 5

乘法比加法高一级,所以它先算。

  1. 3 × 5 = 15
  2. 4 + 15 = 19

答案:19。

2. 8 + 2 × (7 − 3)

先算括号,不管里面是什么。

  1. 7 − 3 = 4
  2. 2 × 4 = 8
  3. 8 + 8 = 16

答案:16。

3. 20 − 12 ÷ 4 × 2

没有括号也没有乘方,所以从第 3 步开始,从左往右读。除号更靠左,所以它先算。

  1. 12 ÷ 4 = 3
  2. 3 × 2 = 6
  3. 20 − 6 = 14

答案:14。

4. 5 + 2 × 3²

乘方只管着它右下角那个 3,不管 2 × 3。

  1. 3² = 9
  2. 2 × 9 = 18
  3. 5 + 18 = 23

答案:23。乘方一出现,平方数就随处可见,所以值得做到看一眼就说得出;平方数游戏专练这个。

5. 2 × (3 + (10 − 4) ÷ 2)² − 7

嵌套括号:先解最里面那一对,再用同样的四步算完外层括号,然后是乘方、乘法、减法。

  1. 10 − 4 = 6,式子变成 2 × (3 + 6 ÷ 2)² − 7
  2. 括号里先除后加:6 ÷ 2 = 3
  3. 3 + 3 = 6,式子变成 2 × 6² − 7
  4. 6² = 36
  5. 2 × 36 = 72
  6. 72 − 7 = 65

答案:65。

一步一行地写出来不是做无用功:它正是挡住“从左往右”那类失误的习惯,也是运算顺序游戏在指出错题时使用的格式。

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为什么 6 ÷ 2(1 + 2) 能吵翻全网?

因为这行式子写得不好,不是因为算术难。每隔一两年,6 ÷ 2(1 + 2) 或者 8 ÷ 2(2 + 2) 这样的式子就会传一轮,一半评论说 1,一半说 9 或 16,而且两边都能搬出一条规则。

严格按学校教的约定去算,得到的是:

  • 6 ÷ 2(1 + 2) 变成 6 ÷ 2 × 3,然后 3 × 3 = 9
  • 8 ÷ 2(2 + 2) 变成 8 ÷ 2 × 4,然后 4 × 4 = 16

这里的 2(1 + 2) 是省略了乘号的乘法。标准读法把它当成普通乘法,与除法同级,所以由“从左往右”决定先后。

另一派把 2(1 + 2) 读成一个粘在一起的整体,因为省略乘号的写法看上去比一个除号更紧。那样得到 6 ÷ 6 = 1 和 8 ÷ 8 = 1。这也不是凭空来的:人们读代数时就是这样读的,2x 是一个整体;而且不同型号的计算器确实给出不同结果,所以同一个房间里的两部手机会显示两个答案。

所以争的不是算术,而是一个没有哪条缩写覆盖过的写法空白。真要认真写数学的人不会发表那样一行;他们会写成下面两种之一,然后就没什么可吵的了:

  • (6 ÷ 2) × (1 + 2) = 9
  • 6 ÷ (2 × (1 + 2)) = 1

整个话题给出的实用结论:如果一个读者有可能读出两个答案,就加括号。

四个常见错误

四种错误几乎占掉了所有错答案,其中三种都来自相信缩写胜过相信“从左往右”。

  1. 把乘和除当成两步。 在 20 − 12 ÷ 4 × 2 里先算 4 × 2 = 8,会得到 20 − 1.5 = 18.5。答案是 14。
  2. 把加和减当成两步。 在 10 − 4 + 3 里先算 4 + 3,会得到 3。答案是 9。
  3. 让乘方吞掉旁边的数。 2 × 3² 里的乘方只属于 3,所以是 2 × 9 = 18,不是 (2 × 3)² = 36。
  4. 漏掉本来想写的那个括号。 分数线会把上下两部分整体括起来,一行里的除号不会。你想表达的是分母是 3 + 1,却写成 12 ÷ 3 + 1,结果得 5 而不是 3。要写 12 ÷ (3 + 1)。

怎么把这条规则练成本能?

靠反复做短的混合式子,而不是做长的,并且把四步摆在眼前。读懂规则只要两分钟;在时间压力下用它,是另一项本事。

步骤做什么同级怎么办
1括号,先算最里面那一对每个括号内部也用这同样四步
2乘方与开方只作用于它紧挨着的那个数
3乘和除从左往右
4加和减从左往右

有四件事能加快这个过程:

  1. 练三个运算符的式子,别练怪物。20 − 12 ÷ 4 × 2 教给你的东西比半页长的式子多,因为它只考一件事:次序。
  2. 把刚做完的那一步写下来,一步一行,就像上面的例题。
  3. 先把底层口算做快。如果 12 ÷ 4 要花三秒,就没有注意力留给规则本身了,而真正管用的心算技巧补的正是这一层。
  4. 一次练习里把运算混着来。一整页纯乘法永远考不到次序,混合的一页才考,而这正是可打印的五年级综合练习页的用途,答案附在后面。
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多数课程把这条规则放在五、六年级,正好在代数让它变得无可回避之前:字母一来,3(x + 4) − 2 这样的式子就只有一种读法,而解方程求 x默认你能读懂它。五年级数学游戏这个页面收集了这一层的浏览器游戏。

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常见问题

先乘除后加减,那乘和除谁先?

谁在左边谁先。乘和除同级,加和减同级,同一级里一律从左往右。这是最常被读错的一条:20 − 12 ÷ 4 × 2 里除号更靠左,所以先算除,得 14,不是 18.5。

6 ÷ 2(1 + 2) 到底等于几?

按学校教的约定是 9,因为 2(1 + 2) 是一次与除法同级的普通乘法,由从左往右决定先后。把省略乘号的写法看得更紧的读者会得到 1。这行式子确实有歧义,所以应该写成 (6 ÷ 2) × (1 + 2) 或者 6 ÷ (2 × (1 + 2))。

运算顺序是几年级学的?

多数课程在五年级前后引入,六年级配合乘方和最初的含字母式子再讲一遍。孩子在应用题里见到括号时就已经碰到这个想法了,但完整的四步规则通常落在这个阶段。

计算器遵守运算顺序吗?

科学计算器和电子表格遵守。很多只有四则运算的简易计算器不遵守:它们边按边算,严格从左往右,所以 4 + 3 × 5 会给出 35 而不是 19。不同型号对“省略乘号的乘法”也有分歧,这就是那些网红算式能截出好几个不同屏幕的原因。

为什么要有这样一条约定?

因为没有它,同一行式子会有好几个同样说得通的读法,而数学写下来是为了被别人原样读回去。这条规则不是被证明出来的,是被约定出来的;当一行式子有可能被读成两种意思时,正确做法不是搬规则,而是加括号。

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