PEDRO ABELLANAS NUMEROS NATURALES Operaciones con números naturales IPublicodo en cCursillos sobre Didáctica Matemática>, Tomo 1) IMPRENTA SAMARAN MADRID, 1968 U"pf1!dto Leunl, ll . Sf'p. :?l!l!I • rn1m Samar{1n.-Amparo, 103. Tcléí. 2270053.-Madrid - 3- NUMEROS NATURALES OPERACIONES CON NUMEROS NATURALES Por- Pf.oi:>o AanuN.As l. I NTRODUCC ION Finalidad que uos propo11cmos : Estuclinr el m.'1mero naturn.l tanto en cuanto se relaciona con su cnseilanza en el primer curso de bachiller.ato. Punto ele partida : Admitimos que el muchacho de primer curso de ba­ chillerato conoce bastante sobre el número n:lturnl y sabe operar con él. l'osici611 didáctica: Se ns del número natural. Pero para e llo se hnce preciso introducir unas liger:1s idt>as sobre conjun tos de cosas mat<'rialcs. 11 l. CONJUNTO DE COSAS M'ATERIALES Ejemplos: J, Los alumnos de fa clnse forman e l couj111110 de los alflmuos de la clase. Cada alumno es un clcmculo del couj1111l o. ---1- 2. L:::t s mesas de Ja clase forman el co11j1111io de las mesas de la clase. Cada mesa es un elemento del conjunto. 3. Ltis tizas que están sobi:c Ja mesa forman el couj1111to de las tizas que. están sobre Za mesa. Cada tiza de la mesa es un elcmcntQ del conjunto. 4. Juan, Luis y Enriq.ue forman uu coujun/o de 11i1ios. 5. Un bosque es un conjunto de árboles. Cada árbol es un elemento del conjunto. 6. Un regimiento es un conjunlo de soldados. Cada soldado es un ele­ mento del conjunto. 7. Los alumnos de esta clase que tienen diez afios de edad es un con­ junto de alumnos. 8. Las casas de esta calle forman un conjunto. Cncla casa es un elemento del conjunto. 9.. Las casas dC'" esta calle, cuyo número termina en 1, forman un con­ junto. 10. Los nlumnos de esta c1~1se que se han sabido hoy la lección de gra­ m(1tica, forman un conjunto. 11. Póngonsc en pie Tos alumnos de esta clase que fiencn diez años. Los ti.lumnos de esta das(' que están de pie, forman un conjunto, etc., etc. Los conjuntos se pueden definir nombrando o mostrando cada uno de sus elementos, o bien domlo una propiedad que sea verificada sólo por los elementos del conjunto. En el ejemplo 4 se define un conjun to nombrando a c;ida elemento. En el ejemplo 7, dando una propiedad. (A los alumnos habría que ponerles suficiente número de ejemplos para que enunciaran el modo rle definición de ca se forman. h) En los pares que se lmn formado no figura dos nces ninglm elemento dC'I conjunto patrón. Pnra contar conjuntos con muchos elementos, se hace necesario disponer de un conjunto pntrón con t:mtos elementos como se deseen, de :iqu{ la necesid:id y utilidad del conjunio de tos números naturales. Este conjunto sin·c para contnr los elementos de cualquier otro conjunto. El conjunto d('o los númcr<>s naturales tiene una propiedad importante que permite simplificnr la operación de contar. Esta propiedad es ta de ser un conjunto cuyos elementos están dados en un cierto orden: (1) 1, 2, 3, 4, . ..... , esfo permite r<'prcsenfar , cualquier subconjunto formado por todos los nú­ meros naturn.les que preceden a uno de ellos por este número. Asf, el núme­ ro S puede scn·ir para representar al conjunto formado por los números -6- 1, 2, 3, 4, 5. Aprovechando es ta representación, puede asignarse a cada conjunto de cosas un m'uncro único, que se llama su número c:J,rdinal. Para ello se prorccle del siguiente modo: se forma un par con cada elemento del conjunto que 5c dcsl'c contar y un número nafural de modo que: n) Cada clcmC'nio del conjunto que se va a contar figure una vez en un par, y sólo una. b) No figura repetido ningún número natural. e) Si figura en un par un m'11ncro natural figuran en otros pares todos los números natu ra les que Je preceden . El número así obtenido para repre. sentar al conjunto de Jos números naturales que figuran en los pnres no depende· del criterio seguido en 1:.1 formnción de los pares, siempre que se cumplan las condiciones anteriores, y se ll¡1ma mímero cardinal del coujzmlo . V. EL NU~IERO ORDINAL El conjunto d(' los números naturales está dado en un cierto orden. Es[o se expresa diciendo que dicho ca11ju11/o está ordenado. EJ número natu~ ra.1 3 se dice que <'~ n1c110r que el ní11n c·ro 5 , o que precede al número 5, porque está escrito en In sucesión (1) de los números naturales antes que el dnco. Esto SC' expresa esc ribiendo: 3 < 5. Por consiguiC'ntc, la ordenación del conjunto de los números naturales es consecuencia de poderse escribir estos números en la forma (1). Vamos a analizar las propi C'dadcs que se deducen de poderse escribir los números nnturales en l:t forma (1), que rec iben e l nombre de Propiedades de la ordcnació11 de 111í111erus: 11al.11ralcs J.º P;1rn todo númC'rl) n, n precede n es igual a a. 2.º Si un número precede o es ig ual a otro y al mis mo tiempo le sigue o es igual a él, (lmbos m'11ncros son ig uales. 3.0 Propiedad ·transitiva. Si 5 prC'ccde a 7 y éste precede n 9 se verifica que 5 precede a 9. 4.0 Dados dos nt.'11ncros naturales dist intos uno de e llos precede al otro. 5." El nt'lmero uno precede :i todos los restantes. 6.0 D:ido un nt.'tmcrn naturn.,l arbitr:irio existe uno que le sigue inme­ dia tamentt\ esto quie re decir que entre ellos no existe ningún otro número nafur:il. Como consccuenci:1 de esías propicdmles de la ordenación de los números naturales se pueden emp!C'ar eslos números pára ordenar conjuntos. La opcr:ición de ordenar un conjtmlo consiste en formar p:ircs entre los elemen­ tos dC'l conjunto y· Jo~ nt'imcrns naturales de modo que se cumpla n las condi­ ciones a), b) y c) ele\ n\1mero IV. 111 n\1mero que forma par con un elemento del conjunto se llamn 11ií111ero -0rdi11al tic dicho elemento en el conjunto respec to df' J;i ordcn:ic: ión clml.1 . Aquí, :j. difcrcnci:i del caso del nt.'1mero cardinal de un conjunlo, es c~cnci:il la forrn n de efectuar los :ipareamientos de los e lemcn {os del conjunto con Jos nt.'1mcros na turales. A cada posible :ipareamiento le corresponde un:1 ordenación del conjunto y a apareamientos distintos , ordenaciones di st inws. Como consecuc>ncia del aparcamiento enlre -i- los elementos del conjunto y los números naturales .ob(~nidos, cumpliéndose las condiciones n).t b) y c) del número anterior, se pueden trasladar las propiedades 1.0 • 5.0 de la ordenación de los números naturales a cualquier otro conju nto finito. Cuando tal se ha hecho, es decir, cuando se han form ado los pares entre el conjunto dado y el conjunto de los Oúmeros naturales de modo que se cumplan las condiciones a), b) y c), se dice que se lia orcfrrwdo el conj1111lo dacio. Las propiedades t.0 - 5.0 de los números naturales es preciso que las vaya oblcn iendo el alumno guiado por el profesor. Una vez conseguido esto, sería conveniente hacerle ver que las mismas propiedades son válidas en cualquier conjunto ordenado. P;,'lra ello hay que presentarle varios ejemplos : a.) Los a lumnos de fo dase pncstos en filu. b) Lls páginas de un libro. e) Los nombres de una guía telefónica . d) Los días de la sema na. e) LOs ac.los realizados por una persona en un día. f) Los puntos de una recta . g) Los puntos de una circunferencia. h) Los pueblos situados sobre una detcnninada carretera. Con estos ejemplos y otros se. hará observar que se pueden definir orde­ n:iciones que no cump.len todas las propiedades anteriores. Así sucede en los ejemplos f) y g). Conviene acos tumbrarlos ~ distinguir en diversos ejem­ plos si se verifican o no ladas las propiedades de Ja ordenación de números nalura les. La relación entre los números cardinales y los ordinales \•iene dada por la siguiente propiedad, que. conviene que ver ifique el· alumno en algunas· experiencias. El número cardinal. de un conjunto de cosas es igua l a l número ordina l de su úHimo elemento. VI. S ISTEMA DE NUMEINCION DECIMAL Pa ra representar Jos n{1meros na turales se emplean unos signos, en la representación gráfica y unas palabras en la representación oral. Ante la imposi bilidad pr.l1ctica de representar cada número por un signo o una palabra distinfa, se ha ideado crear un red ucido número de signos y de palabras y unas reg las de composición, mediante las cuales, se puede repre­ sentar cualquier número na tu ral, por Jo menos den tro de los límites exigidos por las necesidades del hombre. Al conjunto formado por los signos y sus reglas de composición, se le llama sistc1Ua de ""mcrnc:i6u g ráfica, y al con~ junto formado por las palabras y su regla de composición, .sis1ema de mm1e­ rC1ción oral. Los signos empicados en la numeración esc:ita, llamados cifra·s. son los s iguientes: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7' 8, 9, o. -8- Los primeros nümcros naturales son: ( 1) 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9: el número nalural siguiente al represent;tdo por lt;J. cifra 9 se representa por 10 ), las siguientes a éste se representan por el par de cifr:1s que se obticnC' n al ir sustituyendo Ja cifra O por cada. una de las c ifras (1) en el mismo orden que a llí figuran : . (2) IO, 11, 12, 13, 14 , 15, 16, 17, 18, 19. El número siguiente al 19 se representa por 20 y se rep it e el mismo proC'eso anterior y así se sigue has ta obtener el número representado por 99. A és te sigue el representado por 100. A és te siguen los números. represen­ tados por las cifras que se obtien en a l sustituir el par de cifras 00 por los pares 01 , 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, y a partir O, IOOCX>, . . ·. se denominan diez, cien, mil, diez m il, .. . con lo que el número 378992 puede representarse oralmente así: {res cien miles, 7 diez m iles, 8 miles , 9 cientos, 9 d ieces {u decenas), dos. Esto se abrevia diciendo: trescientos se tenta y ocho mil novecientos noventa y dos. Ejercicios. Escribir gráficamente los siguientes números : treinta (o tres decenas); once decenas ; veinte decenas; dos cientos sesenta y cinco (o, equiv;1Jente : dos cientos, seis decenas, cinco); caiorce cientos; treinta y dos cientos; cuarenta y ires millares. Leer según Ja terminología usual los siguientes números : veinte decenas¡ treinta y cuatro cientos ; ciento catorce cientos, etc. Al número u11o se le llama unidad simple¡ a l número 10 unid::id de primer orden, ol 100 unidad de segundo orden; ... ; ni t seguido de diez ceros: uni. dad del décimo orden, etc .. · · ~ -9- Todo número se puede represenJar mcdi*nte un número de unidades de diversos órdenes y se puede conseguir que el número de unidades de cada uno de los órdenes sea inferior a 10. VII. ADICION Reunión de co111u11/os : Dndos dos conjuntos A y B se llama reimi6n, y se representa por A U B, al conjunto formado por todos los elementos que pertenecen a A o a B. Esta operación se aclarará mediante Jos correspondientes ejemplos: a) El conjunto formado por toda.s las púginas de un libro es reunión de.l. conjunto de las 50 primeras y del conjunto de las restantes. b) El conjunto formado por todas las pi1ginas de un libro es reunión del conjunto de las 50 primeras y del conjunto formado por las siguientes a la 20.•. e) ¿Es el conjunto de todos los triángulos rcct{mgulos reunión de los tri{mgulos rectángulOs con un :'ingulo inferior a 45.0 y de los triángulos rcct{1ngulos con un ángulo inferior a 30.0 ? ¿Por qué? el) ¿Es el conjunto reunión del conjunto formado por los alumnos de esta clase con puntuación superior a 4, con el conjunto de los alumnos con puntuación inferior a 6, iguaj al conjunto de alumnos de la clase? ¿Por qué? Análognmcnte, i es el conjunto de alumnos de esta cl::1se igual a la reunión del conjunto de a lumnos de puntuación inferior a 5, y del conjunto de ~um­ nos de puntuación superior a 5? Propiedades de la operación reunión: Ejercicios: ¿Es el conjunto del ejercicio a) igual al conjunto reunión de la página que sigue a la página 50.ª y del conjunto formado por las 50 primeras páginas? ' ¿Es el conjunto reunión del conjunto formado por la reunión del con­ junto de los alumnos de esta clase de calificación inferior a 4, con el con­ junto de los alum nos de calificación comprendida entre 3 y 6, con el conjunto formado por los alumnos de calificación superior a 5, igual al conjunto reunión del conjunto de los alumnos de calificación inferior a 4, con el conjunto formado por la reunión del conjunto de (l\umnos de nota com­ prendida entre 3 y 6, y el conjunto de los alumnos de calificación supe­ rior a 5? Mediante ejercicios del tipo anterior se pueden precisar . las siguientes propiedades de la operación reunión : Propiedad c:omiiutafúm. Si A y B son dos conjuntos: AUB=BUA Propiedad asocillliva. Si A, B y C son tres conjuntos (A U B) U C = A U D U C). - 10 - Dos conjuntos se llttman di.~j1111 los cuan A U IJ --> 3 + 5 Las propictlides conmutaiiva y asocintiva de l;;;t reunión Je conjuntos dan lugaf, en virtud de la uniformidad, a las siguientes: Propiedad co1111rn lo/h·a ele la adición : 3 + 5 = 5 + 3. Propiedad a"Soci11li··.:a. ele la adición: (3 + 5) + 1 = 3 + (5 + t). En efecto: 5 + 3 es el número cardinal de B U A = A U 13, luego, 5 + 3 = 3 + 5. A11álogamen1c, si C es un conjunto disjunto con el con­ junto A :.: B y de nümero cardinal uno, se nrifica que C es también dis­ jun1 0 l'Oll By que:\ Cl:i c :\qui puede obtener el niño la reg la de sumar que conoce. En \·irtuntc tipo: - 15 - 2,54 X 32 = (2()() + 50 + 4) X 32 = (2()0 X 32) + (50 X JZ) + (4 X 32) = [200 X (30 +2)] + [50 X (30 + 2)) + (4 X (30 + 2)) = (200 X 30) + (200 X 2) + (50 X 30) + (50 X 2! + (4 X 30) + (4 X 2) = [(~00 X 2) + (50 X 2) +('IX 2)] + [(WOx30) + (GOx30) + ('lx30)] 4 X + 50 X 2 +200x 2 + 4 X 30 +50x30 +200x30= (200 X 2) + (50 X 2) + 4 X 2 + (200 X 30) + (50 X 30) + 4 X 30 400 + 100 + 8 + 6000 + 1500 + 120 508 + 7620 8128 guiente igualdad : 2.0 Propiedad asociativa : Como el producto de dos m.'1meros es siempre otro m.'1mero, se podrá a su \"CZ multiplicar -éste por un tercer número. Para expre$nr que el producto (3 x 4 se multiplica por 2, se escribe (3 x 4) X 2. Por consig:uientc, se verifica la siguiente ig:ualdaro se puede transformar en el siguiente: 1cDado un con­ junto de cosas descomponer.lo en reunión de un número dado de subconjuntos que tengan tocios el mismo número de cos