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小学生から始める線形代数超入門!

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小学生(しょうがくせい)から始(はじ)める線形代数(せんけいだいすう)超入門(ちょうにゅうもん)

金魚(きんぎょ)は何匹(なんびき)?





問題(もんだい)1

太郎(たろう)くんの金魚鉢(きんぎょばち)には、赤(あか)い金魚(きんぎょ)が3匹(びき)と黒(くろ)い金魚(きんぎょ)が2匹(ひき)います。
さきほど、金魚(きんぎょ)すくいで赤(あか)い金魚(きんぎょ)を1匹(ぴき)と黒(くろ)い金魚(きんぎょ)を3匹(びき)
ゲットしたので、さっそくドヤ顔(がお)で金魚鉢(きんぎょばち)に入(い)れました。
さて、金魚鉢(きんぎょばち)の中(なか)の金魚(きんぎょ)はそれぞれ何匹(なんびき)になったでしょう。

$$\begin{pmatrix}3\\2\end{pmatrix}+\begin{pmatrix}1\\3\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}4\\5\end{pmatrix} $$

こたえ. 赤(あか)い金魚(きんぎょ)が4匹(ひき)と黒(くろ)い金魚(きんぎょ)が5匹(ひき)

[ポイント]

$\begin{array}{c} \textcolor{#f00}{●●●}&&\textcolor{#f00}{●}&&\textcolor{#f00}{●●●●}\\ \begin{pmatrix}\textcolor{#f00}{3}\end{pmatrix}&+&\begin{pmatrix}\textcolor{#f00}{1}\end{pmatrix}&=&\begin{pmatrix}\textcolor{#f00}{4}\end{pmatrix} \\[24pt] \textcolor{#f00}{●●●}&&\textcolor{#f00}{●}&&\textcolor{#f00}{●●●●}\\ ●●&&●●●&&●●●●●\\ \begin{pmatrix}\textcolor{#f00}{3}\\2\end{pmatrix}&+&\begin{pmatrix}\textcolor{#f00}{1}\\3\end{pmatrix}&=&\begin{pmatrix}\textcolor{#f00}{4}\\5\end{pmatrix} \end{array}$


赤黒(あかくろ)まとめてではなく、それぞれ分(わ)けて数(かぞ)える問題(もんだい)です。
別々(べつべつ)に数(かぞ)えたいものはタテにならべてそれぞれ計算(けいさん)しましょう。

お薬(くすり)どんだけ飲(の)むの?





問題(もんだい)2

太郎(たろう)くんは仮病(けびょう)を患(わずら)ってしまい、病院(びょういん)へ行(い)かされました。
どういうわけかお医者(いしゃ)さまから処方箋(しょほうせん)を渡(わた)されたので、
しかたなく行(い)きつけの薬屋さん(ドラッグストア)へ行くと、毎晩(まいばん)寝(ね)る前(まえ)に
赤(あか)いお薬(くすり)を4個(こ)と黒(くろ)いお薬(くすり)を9個(こ)飲(の)むように言(い)われ、
7日分(なのかぶん)出(だ)されました。もしこのお薬(くすり)を言いつけどおりに
飲(の)むと、全部(ぜんぶ)でそれぞれいくつずつ飲(の)むことになるでしょう。

$$\begin{pmatrix}4\\9\end{pmatrix}\times7=\begin{pmatrix}4\times7\\9\times7\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}28\\63\end{pmatrix} $$

こたえ. 赤(あか)いお薬(くすり)を28個(こ)と黒(くろ)いお薬(くすり)を63個(こ)

[ポイント]

仮病(けびょう)したばっかりにタイヘンなことになってしまいましたね。
ここでも別々(べつべつ)に数(かぞ)えたいものはタテにならべてそれぞれ計算(けいさん)しましょう。

それおはじきやない、ドロップや





問題(もんだい)3

節子(せつこ)さんは昨日(きのう)、1箱(はこ)10個(こ)入(い)りのドロップを3箱(はこ)もらいました。
そして今日(きょう)は1箱(はこ)5個(こ)入(り)のドロップを4箱(はこ)もらいました。
この2日間(かかん)で、節子(せつこ)さんはドロップを何個(なんこ)もらったでしょう。

$$\begin{pmatrix}10&5\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}3\\4\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}10\times3~+~5\times4\end{pmatrix}=50 $$

こたえ. 50個(こ)

[ポイント]

今回(こんかい)は別々(べつべつ)にではなくまとめて数(かぞ)える問題(もんだい)です。
ひとまとめに数(かぞ)えたいのはドロップの数(かず)で、そのような数(かず)はヨコにならべて計算(けいさん)します。
ドロップの箱(はこ)の数(かず)についてはその合計(ごうけい)を聞(き)かれているわけではなく、ひとまとめにしたドロップそれぞれがどれだけあるのかを示(しめ)した数(かず)なので、箱(はこ)の数(かず)はタテにならべて書いています。

 [まとめて数(かぞ)えたい数(かず)]$\times$[それぞれいくつずつ]

という順番(じゅんばん)で書(か)くのですが、大切(たいせつ)なのはこの2つを区別(くべつ)して考(かんが)える把握力(はあくりょく)のほうで、表記(ひょうき)ルールは便宜上(べんぎじょう)の習(なら)わしにすぎません。ただしこれを区別(くべつ)せずフリーダムにしてしまうと、あとあともう少(すこ)し複雑(ふくざつ)な計算(けいさん)をするときに何(なに)をやってるのか混乱(パニック)が起(お)きがちなので、とりあえずはこの書(か)き方(かた)に慣(な)れておくのが無難(ぶなん)かも。

 もっとも、あまりこのトピックに触(ふ)れると超算数警察(ちょうさんすうけいさつ)という秘密組織(ひみつそしき)にマークされちゃうらし$\cdots$おっと、誰(だれ)か来(き)たようですね。

それドロップと、おはじきや





問題(もんだい)4

節子(せつこ)さんは昨日(きのう)、10個(こ)入(い)りのドロップにオマケで
おはじきが1個(こ)だけ入(はい)ってる箱(はこ)を3箱(はこ)もらいました。
そして今日(きょう)は5個(こ)入(い)りのドロップにオマケで
おはじきが2個(こ)入(はい)ってる箱(はこ)を4箱(はこ)もらいました。
この2日間(かかん)で、節子(せつこ)さんはドロップとおはじきを
それぞれいくつずつもらったことになるでしょう。

$$\begin{align}\begin{pmatrix}10&5\\1&2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}3\\4\end{pmatrix}=&\begin{pmatrix}\begin{pmatrix}10&5\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}3\\4\end{pmatrix}\\\begin{pmatrix}~~1&2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}3\\4\end{pmatrix}\end{pmatrix}\\[4pt] =&\begin{pmatrix}\begin{pmatrix}10\times3~+~5\times4\end{pmatrix}\\\begin{pmatrix}~~1\times3~+~2\times4\end{pmatrix}\end{pmatrix}\\[4pt] =&\begin{pmatrix}50\\11\end{pmatrix}\quad \end{align}$$

こたえ. ドロップを50個(こ)とおはじきを11個

[ポイント]

まとめて数(かぞ)えたい数(かず)が2種類(しゅるい)あって、それぞれについて計算(けいさん)する問題(もんだい)です。
さきほどの問題(もんだい)を2回にわけてそれぞれ計算(けいさん)するだけなので落(お)ちついて考(かんが)えれば大丈夫(だいじょうぶ)。もしどうしても分(わ)からなくなってしまったら問題(もんだい)2と問題(もんだい)3を復習(ふくしゅう)してみましょう。

どんだけ食(た)べるの?





問題(もんだい)5

メニューに、ハンバーガー1個(こ)とナゲット3個(こ)のA(エー)セットと、
ハンバーガー2個(こ)とナゲット5個(こ)のB(ビー)セットがありました。
太郎(たろう)くんはA(エー)セットを2つとB(ビー)セットを4つ食(た)べ、
節子(せつこ)さんはA(エー)セットを5つとB(ビー)セットを3つ食(た)べたのですが、
いったい二人(ふたり)はハンバーガーとナゲットをそれぞれ何個(なんこ)ずつ
食(た)べたのでしょう。

$$\begin{align}\begin{pmatrix}1&2\\3&5\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}2&5\\4&3\end{pmatrix}=&\begin{pmatrix}\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}2\\4\end{pmatrix}&\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}5\\3\end{pmatrix}\\\begin{pmatrix}3&5\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}2\\4\end{pmatrix}&\begin{pmatrix}3&5\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}5\\3\end{pmatrix}\end{pmatrix}\\[4pt] =&\begin{pmatrix}\begin{pmatrix}1\times2~+~2\times4\end{pmatrix}&\begin{pmatrix}1\times5~+~2\times3\end{pmatrix}\\\begin{pmatrix}3\times2~+~5\times4\end{pmatrix}&\begin{pmatrix}3\times5~+~5\times3\end{pmatrix}\end{pmatrix}\\[4pt] =&\begin{pmatrix}10&11\\26&30\end{pmatrix}\quad \end{align}$$

こたえ.

 太郎(たろう)くんはハンバーガーを10個(こ)とナゲットを26個(こ)

 節子(せつこ)さんはハンバーガーを11個(こ)とナゲットを30個(こ)

[ポイント]

これまでの問題(もんだい)の総決算(そうけっさん)! 一人(ひとり)ひとりそれぞれに別々(べつべつ)に数(かぞ)えたいものがあるので、少(すこ)しややこしい問題(もんだい)ですね。
ハンバーガーとナゲットをそれぞれ何個(なんこ)という数(かず)についてはこれまでどおりタテに書(か)いてますが、太郎(たろう)くんと節子(せつこ)さんそれぞれが何(なん)セットずつ食(た)べたのかという数(かず)の組(くみ)はまとめて数(かぞ)えたいというワケではないのにヨコにならべてますよね。というのも、こっちまでタテにしてしまうとタテがタテに2つならぶことになって見(み)にくくなってしまうんです。こういうときもヨコにならべて書(か)くので、混同(こんどう)しないようにね。

このような計算(けいさん)では [まとめて数(かぞ)えたい数(かず)] と [それぞれいくつずつ] の違(ちが)いを区別(くべつ)できることがとても大事(だいじ)なので、キチンと意味(いみ)を理解(りかい)しながら計算(けいさん)するように心(こころ)がけましょう。

おうちのかたへ


ベクトル、行列、基底$\cdots$ 難しい言葉なんて使わなくても、線形代数の基礎的な考え方ならば日常に溢れています。小学生にはまだ早い、ムリだ、などと言うのは、もしかしたら抽象的な説明や専門用語の多用、計算手順の丸暗記という形でしか教えられない大人側の都合にすぎないのかも知れません。

これからは機械学習の時代。四則演算に慣れてしまった早熟気味なお子様に、それとなくでも線形代数の基本的な概念・捉え方に触れさせ、将来本格的に学ばれるときの布石を作ってさしあげてはいかがでしょうか。


$\cdots$なあんてね(*´∀`*)

コンセプトに合わせてなんかそれっぽいこと書いてみたら期せずしてガチな内容になってしまいオチが迷子に(笑)
投稿日:2021年3月4日
更新日:2024年2月12日
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https://mathlog.info/articles/323         数学を愛する会 副会長 CCO / ガラパゴ数学 開拓者 / 猫舌・甘党・薄味派

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