除法
20 ÷ 4 = 5. 20 個のりんごを 4 つに等分配したとき、それぞれのグループにはりんごが 5 個ある。
除法（じょほう、英: division）とは、乗法の逆演算であり四則演算のひとつに数えられる二項演算の一種である。除算、割り算とも呼ばれる。
除法は ÷ や /, % といった記号を用いて表される。除算する 2 つの数のうち一方の項を被除数 (英: dividend) と呼び、他方を除数 (英: divisor) と呼ぶ。有理数の除法について、その演算結果は被除数と除数の比を与え、分数を用いて表すことができる。このとき被除数は分子 (英: numerator)、除数は分母 (英: denominator) に対応する。被除数と除数は、被除数の右側に除数を置いて以下のように表現される。
被除数 ÷ 除数
除算は商 (英: quotient) と剰余 (英: remainder) の 2 つの数を与え、商と被除数の積に剰余を足したものは元の除数に等しい。
商 × 除数 + 剰余 = 被除数
剰余は余りとも呼ばれ、除算によって「割り切れない」部分を表す。剰余が 0 である場合、「被除数は除数を割り切れる」と表現され、このとき商と除数の積は被除数に等しい。剰余を具体的に決定する方法にはいくつかあるが、自然数の除法については、剰余は除数より小さくなるように取られる。たとえば、13 を 4 で割った余りは 1、商は 3 となる。これらの商および剰余を求める最も原始的な方法は、引けるだけ引き算を行うことである。つまり、13 を 4 で割る例では、13 から 4 を 1 回ずつ引いていき（13 － 4 = 9, 9 － 4 = 5, 5 － 4 = 1 < 4）、引かれる数が 4 より小さくなるまで引き算を行ったら、その結果を剰余、引き算した回数を商とする。これは自然数の乗法を足し算によって行うことと逆の関係にある。
剰余を与える演算に % などの記号を用いる場合がある。
剰余 = 被除数 % 除数
除数が 0 である場合、除数と商の積は必ず 0 になるため商を一意に定めることができない。従ってそのような数 0 を除数とする除法の商は未定義となる（ゼロ除算を参照）。
有理数やそれを拡張した実数、複素数における除法では、整数や自然数の除法と異なり剰余は用いられず、
商 × 除数 = 被除数
という関係が除数が 0 の場合を除いて常に成り立つ。この関係は次のようにも表すことができる。
被除数 ÷ 除数 = 商
実数などにおける定義から離れると、除法は乗法を持つ代数的構造について「乗法の逆元を掛けること」として一般化することができる。一般の乗法は交換法則が必ずしも成り立たないため、除法も左右 2 通り考えられる。
目次 [非表示]
1 整数の除法
2 有理数の除法
3 実数の除法
4 複素数の除法
5 0で割ること
6 ユークリッド除法と除算アルゴリズム
7 等分除と包含除
8 伝承
9 関連項目
10 注記
整数の除法[編集]
整数 m と n に対して、
m = qn
を満たす整数 q が唯一つ定まるとき、m ÷ n = q によって除算を定める。m は被除数（ひじょすう、英: dividend）あるいは実（じつ）と呼ばれ、n は除数（じょすう、英: divisor）あるいは法（ほう、英: modulus）と呼ばれる。また q は m を n で割った商（しょう、英: quotient）と呼ばれる。商 q は他に「m の n を法とする商」「法 n に関する商 (英: quotient modulo n)」 などとも言う。 またこのとき、m は n で整除（せいじょ）される、割り切れる（わりきれる、英: divisible）あるいは n は m を整除する、割り切るなどと表現される。このことはしばしば記号的に n | m と書き表される。 除数 n が 0 である場合を考えると、除数 0 と任意の整数 q の積は 0 となり、被除数 m が 0 なら任意の整数 q が方程式を満たすため、商は一意に定まらない。同様に被除数 m が 0 以外の場合にはどのような整数 q も方程式を満たさないため、商は定まらない。
整数の範囲では上述のような整数 q が定まる保証はなく、たとえば被除数 m が 7 の場合を考えると除数 n が 1, 7, －1, －7 のいずれかでない限り商 q は整数の範囲で定まらない。整数の範囲で商が必ず定まるようにするには、剰余（じょうよ、英: remainder, residue）を導入して除法を拡張する必要がある。つまり、方程式
m = qn + r
を満たすような q, r をそれぞれ商と剰余として与える。このような方程式を満たす整数 q, r は複数存在するが（たとえばある q, r に対して q － 1 と n + r の組は同様に上記の方程式を満たす）、剰余 r の取り得る値に制限を与えることで一意に商 q と剰余 r の組を定めることができる。よく用いられる方法は剰余 r を除数 n より絶対値が小さな非負の数と定めることである。このような除法はユークリッド除法と呼ばれる。
m = qn + r かつ 0 ≤ r < |n|
これは、感覚的には被除数から除数を引けるだけ引いた残りを剰余と定めているということである。こうして定められる剰余はしばしば「m の n を法とする剰余」「m の法 n に関する剰余 (英: residue modulo "n") 」などと言い表される。 剰余 r が 0 でないことはしばしば「m は n で割り切れない」と表現され、記号的に n ł m と表される。 ユークリッド除法による計算例は以下の通りである。以下では除数を 4, －4, 被除数を 22, －22 としている。
0 ≤ r < |n|
22 = 5 × 4 + 2：商 5, 剰余 2
22 = (－5) × (－4) + 2：商 －5, 剰余 2
－22 = (－6) × 4 + 2：商 －6, 剰余 2
－22 = 6 × (－4) + 2：商 6, 剰余 2
他の剰余に対する制限の方法として、剰余の絶対値が最小となるように商を定める方法がある。この方法では、
－
|n|
2
< r ≤
|n|
2
あるいは
－
|n|
2
≤ r <
|n|
2
の範囲に剰余 r が含まれる。この場合、ユークリッド除法と異なり r は負の値を取り得る。このようにして定められる剰余を絶対値最小剰余 (least absolute remainder) と呼ぶ。 絶対値最小剰余を用いる場合の計算例は以下の通りである。以下では除数を 4, －4, 被除数を 22, －22 としている。
－
|n|
2
< r ≤
|n|
2
22 = 5 × 4 + 2：商 5, 剰余 2
22 = (－5) × (－4) + 2：商 －5, 剰余 2
－22 = (－6) × 4 + 2：商 －6, 剰余 2
－22 = 6 × (－4) + 2：商 6, 剰余 2
－
|n|
2
≤ r <
|n|
2
22 = 6 × 4 － 2：商 6, 剰余 －2
22 = (－6) × (－4) － 2：商 －6, 剰余 －2
－22 = (－5) × 4 － 2：商 －5, 剰余 －2
－22 = 5 × (－4) － 2：商 5, 剰余 －2
いずれの方法であっても、除数 n が 0 の場合、剰余 r は 0 でなければならず、被除数 m がどのような数であっても商 q を一意に定めることはできない。 絶対値最小剰余とユークリッド除法によって定められる最小非負剰余、あるいは別の方法のいずれを用いるかは自由であり、与えられる剰余がそのいずれかであるかは予め決められた規約に従う。この規約は、計算する対象や計算機の機種、あるいはプログラミング言語により、まちまちである。簡単な分析とサーベイが "Division and Modulus for Computer Scientists" という文献にまとめられている[1]。
有理数の除法[編集]
整数の除法では考えている数（自然数もしくは整数）の範囲内で商を取り直し剰余を定義することにより、除法をその数の範囲全体で定義することができることを述べた。しかしよく知られているように、数の範囲を有理数まで拡張し、商のとり方に有理数を許すことにより、剰余の概念は取り除かれ、有理数の全体で四則演算が自由に行えるようになる。
任意の被除数 a と 0 でない除数が b について、それらの除算は有理数 c を唯一つ与える。
a \div b = c.
この有理数 c は
c \times b = b \times c = a
を満たす。また、除法は除数の逆数の乗算に置き換えることができる。
a \div b = a \times \frac{1}{b}.
従って除算および乗算の順序は入れ替えることができる。
\begin{align}
(a \div b) \times c
&= \left(a \times \frac{1}{b}\right) \times c
= (a \times c) \times \frac{1}{b}
= (a \times c) \div b, \\
(a \div b) \div c
&= \left(a \times \frac{1}{b}\right) \times \frac{1}{c}
= \left(a \times \frac{1}{c}\right) \times \frac{1}{b}
= (a \div c) \div b.
\end{align}
また、2 つの除算は乗法を用いてまとめることができる。
(a \div b) \div c = a \div (b \times c).
しかし、除数と被除数を入れ替えることはできない。
a \div b \ne b \div a,
(a \div b) \div c \ne a \div (b \div c).
2つ目の例のように括弧の位置を変えると計算結果が変わってしまうので、
a \div b \div c
と書かれた場合には特別な解釈を与える必要がある。一般的には左側の演算が優先され、下に示す右辺の意味に解釈される。
a \div b \div c = (a \div b) \div c.
有理数の除法について、除数を被除数に対して分配することができる。
(a + b) \div c = a \div c + b \div c
ただし被除数を除数に対して分配することはできない。
a \div (b + c) \ne a \div b + a \div c
有理数の除算の結果は分数を用いて表すことができる。
a \div b = \frac{a}{b}.
ある有理数に対応する分数の表し方は無数に存在する。たとえば 0 でない有理数 c を用いて、
a \div b = \frac{ac}{bc} = \frac{\frac{a}{c}}{\frac{b}{c}}
と表してもよい。 また有理数は分母と分子がともに整数である分数を用いて表すことができる。2 つの有理数 a, b をそれぞれ整数 p, q, r, s を用いて分数表記する。
a=\frac{p}{q},~ b=\frac{r}{s}
すると、それらの除算は次のように計算することができる。
\frac{p}{q} \div \frac{r}{s} = \frac{p}{q} \times \frac{s}{r} = \frac{p \times s}{q \times r} = \frac{ps}{qr}.
この表示から明らかなように有理数を有理数で割った商はまた有理数である。あるいは次のように計算してもよい。
\frac{p}{q} \div \frac{r}{s} = \frac{p \div r}{q \div s} = \frac{\frac{p}{r}}{\frac{q}{s}}.
このような意味で四則演算が自由に行える集合の抽象化として体の概念が現れる。すなわち、有理数の全体が作る集合 Q は体である。
実数の除法[編集]
実数は有理数の極限として表され、それによって有理数の演算から実数の演算が矛盾なく定義される。すなわち、任意の実数 x, y (y ≠ 0) に対し xn → x, yn → y (n → ∞) を満たす有理数の列 {xn}n ∈ N, {yn}n ∈ N（例えば、x, y の小数表示を第 n 桁までで打ち切ったものを xn, yn とするような数列）が与えられたとき
x/y := \lim_{n\to\infty}x_n/y_n
と定めると、この値は極限値が x, y である限りにおいて数列のとり方によらずに一定の値をとる。これを実数の商として定めるのである。
複素数の除法[編集]
実数の除法を用いれば複素数の除法が、被除数が 0 の場合を除いた任意の 2 つの複素数について定義できる。 2 つの複素数 z, w について、w の共役複素数 w を用いれば、複素数の除法 z/w は次のように計算できる（ただし除数 w は 0 でないとする）。
\frac{z}{w} = \frac{z}{w}\frac{\overline{w}}{\overline{w}} = \frac{z\overline{w}}{\left|w\right|^2}.
また、複素数 z, w の実部と虚部を 4 つの実数 Re z, Im z, Re w, Im w を用いて z = Re z + i Im z, w = Re w + i Im w と表せば、複素数の除法 z/w は次のように表せる。
\frac{z}{w}
= \frac{\operatorname{Re}z + i\operatorname{Im}z}{\operatorname{Re}w + i\operatorname{Im}w}
= \frac{\operatorname{Re}z\operatorname{Re}w + \operatorname{Im}z\operatorname{Im}w}{(\operatorname{Re}w)^2 + (\operatorname{Im}w)^2}
- i\,\frac{\operatorname{Re}z\operatorname{Im}w - \operatorname{Im}z\operatorname{Re}w}{(\operatorname{Re}w)^2 + (\operatorname{Im}w)^2}
.
極形式では
\frac{z}{w}=\frac{|z|e^{i\arg z}}{|w|e^{i\arg w}}=\frac{|z|}{|w|}e^{i(\arg z-\arg w)}
と書ける。やはり |w| = 0 つまり w = 0 のところでは定義できない。
0で割ること[編集]
詳細は「ゼロ除算」を参照
代数的には、除法は乗法の逆の演算として定義される。つまり a を b で割るという除法は
a \div b = x \iff a = b \times x
を満たす唯一つの x を与える演算でなければならない。ここで、唯一つというのは簡約律
bx = by \Rightarrow x=y
が成立するということを意味する。この簡約律が成立しないということは、bx = by という条件だけからは x = y という情報を得たことにはならないということであり、そのような条件下で強いて除法を定義したとしても益が無いのである。
実数の乗法において、簡約が不能な一つの特徴的な例として b = 0 である場合、つまり「0 で割る」という操作を挙げることができる。実際、b = 0 であるとき a = bx によって除法 a ÷ b を定めようとすると、もちろん a = 0 である場合に限られるが、いかなる x, y についても 0x = 0 = 0y が成立してしまって x の値は定まらない。無論、a ≠ 0 ならば a = 0x なる x は存在せず a ÷ b は定義不能である。つまり、実数の持つ代数的な構造と 0 による除算は両立しない。
ユークリッド除法と除算アルゴリズム[編集]
「ユークリッド除法」および「除算アルゴリズム」を参照
等分除と包含除[編集]
「かけ算の順序問題#等分除と包含除」を参照
伝承[編集]
割算天下一を名乗った毛利重能の著書「割算書」によれば、割算の起源は以下のように記されている。
夫割算と云は、寿天屋辺連と云所に智恵万徳を備はれる名木有。此木に百味之含霊の菓、一生一切人間の初、夫婦二人有故、是を其時二に割初より此方、割算と云事有
— 鳴海風、小説になる江戸時代の数学者[2]
関連項目[編集]
除法の原理
ユークリッドの補題
素数
算法
ユークリッド整域
体論
再生核研究所声明１８９（2014.12.23） ゼロ除算の研究の勧め
再生核研究所声明１８５：
Announcement 185: The importance of the division by zero z/0=0
において、ゼロ除算の結果と意義について簡潔に纏めてみたが、ゼロ除算の研究を進める立場から、研究の魅力的な面について述べたい。
まず、そもそも研究とは何かを復習し、人生の意義を確認したい：
― 哲学とは 真智への愛 であり、真智とは 神の意志 のことである。哲学することは、人間の本能であり、それは 神の意志 であると考えられる。愛の定義は 声明１４６で与えられ、神の定義は 声明１２２と１３２で与えられている。―
すなわち、 真智を求めることは 人間として生きることにほかならない。しかるに、ほとんど当たり前の ゼロ除算が発見された経緯をみても、さらに、真実を知らされても、真智を求めない人は多く、実際には、人はそんなに 真智を求める精神が高いとは言えず、愚かな争いを続けてきている様をみても、人類がそんなには賢い生物でないことが分かるだろう（再生核研究所声明１８０（2014.11.24） 人類の愚かさ ― ７つの視点）。逆に、自由が与えられて、 野生動物以下の面が少なくない（再生核研究所声明１８３（2014.11.27） 野生動物と人間）。大いに自戒したい。
しかしながら、ゼロ除算において 無限遠点が 数値では ゼロで表されることは 驚嘆すべきことであり、それではuniverse は一体どうなっているのかと、真智への愛の 激しい情念が湧いてくるのではないだろうか。ゼロ除算は、数学ばかりではなく、物理学や世界観や文化にも大きな影響を与える：
再生核研究所声明１６６（2014.6.20）ゼロで割る（ゼロ除算）から学ぶ 世界観
再生核研究所声明１８８（2014.12.16）ゼロで割る（ゼロ除算）から観えてきた世界
ゼロ除算の研究は 数学ばかりではなく、物理学や哲学の問題にも直結している。
ゼロ除算を数学の立場からみれば、西暦６２８年インドでゼロが記録されて以来の発見であるから、全く未知の新しい数学、前人未到の新世界の発見である。すなわち、ゼロで割るは 不可能であるゆえに 考えてはいけないとされてきたところ、ゼロで割ることができるとなったのであるから、それでは、そのとき、どのような世界が開かれてくるか、と全く未知の世界を探検できる。 現在、新しい結果は 出版済みの高校生にでも理解できる簡単な論文、
M. Kuroda, H. Michiwaki, S. Saitoh, and M. Yamane,
New meanings of the division by zero and interpretations on $100/0=0$ and on $0/0=0$, Int. J. Appl. Math. Vol. 27, No 2 (2014), pp. 191-198, DOI: 10.12732/ijam.v27i2.9.
と検討中の２１ページの原稿
H. Michiwaki, S. Saitoh, and M. Takagi,
A new concept for the point at infinity and the division by zero z/0=0
(note).
のみである。現在、数学は高度化、深化、細分化して、難しいのに、ゼロ除算の研究はほとんど新しい数学で、基本的、初期の段階であるから、大いに素晴らしい基本的な研究ができる状況にあると言える。
ゼロ除算の最も関与している研究は まず 第１に複素解析学への影響、複素解析学の研究ではないだろうか。実際、ゼロ除算は、ローラン展開そのものの見方から始まり、それは佐藤の超関数や特異積分などに関係している。
第２は、 ゼロ除算の物理学への影響である。 これは、ニュートンの万有引力の法則など多くの物理法則の公式に、ゼロ除算が現れているので、それらに対する新しい結果の解釈、影響である。
第３は ゼロ除算の代数的な、あるいは作用素論的な研究である。これらも始まったばかりであり、出版が確定している論文：
S.-E. Takahasi, M. Tsukada and Y. Kobayashi, Classification of continuous fractional binary operators on the real and complex fields, Tokyo Journal of Mathematics (in press).
が、この分野の最初の論文で、Dr. M. Dalla Riva氏 が半群でゼロ除算の一意性の一般化を論じて幾つかの成果をノートに纏めているだけで 広い研究課題が存在すると考えられる。
これらの分野では、誰でも先頭に立てる全く新しい研究分野と言える。
全く、新しい研究分野となると、若い人がやみくもに挑戦するのは危険だと考えるのは、 よく理解できるが、ある程度自己の研究課題が確立していて、多少の余裕がみいだせる方は、新しい世界を自分の研究課題と比較しながら、ちょっと覗いてみるかは、面白いのではないだろうか。思わぬ関係が出てくるのが、数学の研究の楽しさであると言える面は多い。アメリカ新大陸に初めて移った人たちの想い、 ピッツバーグの地域に初めて移住した人たちの想いを想像してみたい。ゼロ除算は 新しい数学である。
小学生にも理解できる、新しい基本的な数学、概念が現れた。 基本的なゆえに、ゼロ除算は、universe の理解に大きな影響を与えるのではないだろうか。この世界が どれくらいの広がりがあるかは 分からない。しかし、ゼロ除算は、簡潔な結果をもたらしたが、ゼロ除算は 同時に 新たな神秘的な構造を 世にもたらし、数学の世界を一層深いものにしている。
以 上
追記： ゼロ除算の楽しい、易しい解説を次で行っている：
数学基礎学力研究会のホームページ
URLは
ゼロ除算100/0=0, 0/0=0の意義:
１）西暦６２８年インドでゼロが記録されて以来 ゼロで割るの問題 に 簡明で、決定的な解 1/0, 0/0=0をもたらしたこと。
２） ゼロ除算の導入で、四則演算 加減乗除において ゼロでは 割れない の例外から、例外なく四則演算が可能である という 美しい構造が確立されたこと。
３）２千年以上前に ユークリッドによって確立した、平面の概念に対して、おおよそ２００年前に非ユークリッド幾何学が出現し、特に楕円型非ユークリッド幾何学ではユークリッド平面に対して、無限遠点の概念がうまれ、特に立体射影で、原点上に球をおけば、 原点ゼロが 南極に、無限遠点が 北極に対応する点として 複素解析学では １００年以上も定説とされてきた(注参照)。それが、無限遠点は 数では、無限ではなくて、実はゼロが対応するという驚嘆すべき世界観をもたらした。
４）ゼロ除算は ニュートンの万有引力の法則における、２点間の距離がゼロの場合における新しい解釈、 独楽（コマ）の中心における角速度の不連続性の解釈、衝突などの不連続性を説明する数学になっている。ゼロ除算は アインシュタインの理論でも重要な問題になっていたとされている。数多く存在する物理法則を記述する方程式にゼロ除算が現れているが、それらに新解釈を与える道が拓かれた。
５）複素解析学では、１次変換の美しい性質が、ゼロ除算の導入によって、任意の１次変換は 全複素平面を全複素平面に１対１ onto に写すという美しい性質に変わるが、 極である１点において不連続性が現れ、ゼロ除算は、無限を 数から排除する数学になっている。
６）ゼロ除算は、不可能であるという立場であったから、ゼロで割る事を 本質的に考えてこなかったので、ゼロ除算で、分母がゼロである場合も考えるという、未知の新世界、研究課題が出現した。
７）複素解析学への影響は 未知の分野で、専門家の分野になるが、解析関数の孤立特異点での性質について新しいことが導かれる。典型的な定理は、どんな解析関数の孤立特異点でも、解析関数は 孤立特異点で、有限な確定値をとる である。佐藤の超関数の理論などへの応用がある。
８）特異積分におけるアダマールの有限部分や、コーシーの主値積分は、弾性体やクラック、破壊理論など広い世界で、自然現象を記述するのに用いられている。面白いのは 積分が、もともと有限部分と発散部分に分けられ、 極限は 無限たす、有限量の形になっていて、積分は 実は、普通の積分ではなく、そこに現れる有限量を便宜的に表わしている。ところが、その有限量が実は、 ゼロ除算にいう、 解析関数の孤立特異点での 確定値に成っていること。いわゆる、主値に対する解釈を与えている。これはゼロ除算の結果が、広く、自然現象を記述していることを示している。
９）中学生や高校生にも十分理解できる基本的な結果をもたらした：
基本的な関数y = 1/x のグラフは、原点で ゼロである；
すなわち、 1/0=0 である。
１０）既に述べてきたように 道脇方式は ゼロ除算の結果100/0=0, 0/0=0および分数の定義、割り算の定義に、小学生でも理解できる新しい概念を与えている。多くの教科書、学術書を変更させる大きな影響を与える。
１１）ゼロ除算が可能であるか否かの議論について：
現在 インターネット上の情報でも 世間でも、ゼロ除算は 不可能であるとの情報が多い。それは、割り算は 掛け算の逆であるという、前提に議論しているからである。それは、そのような立場では、勿論 正しいことである。出来ないという議論では、できないから、更には考えられず、その議論は、不可能のゆえに 終わりになってしまう ― もはや 展開の道は閉ざされている。しかるに、ゼロ除算が 可能であるとの考え方は、それでは、どのような理論が 展開できるのかの未知の分野が望めて、大いに期待できる世界が拓かれる。
１２）ゼロ除算は、数学ばかりではなく、 世界観や文化に大きな影響を与えている。
次を参照：
再生核研究所声明１６６（2014.6.20）ゼロで割る（ゼロ除算）から学ぶ 世界観
再生核研究所声明１８８（2014.12.16）ゼロで割る（ゼロ除算）から観えてきた世界
２０１４．１２．１４．１５：２０
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