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マイナス×マイナスがプラスになるのはなぜ?ムーンウォークで向きを考える

先に結論

マイナスは、数直線では「正の向きと反対」として見ることができます。さらに「×(−1)」は、その向きを反転させる操作として考えられます。だから、反対向きをもう一度反対にすると、正の向きに戻ります。

中学数学では、

(−2)×(−3)=6

のように、マイナスどうしを掛けるとプラスになると習います。

「そういうルール」と覚えることもできますが、今回はムーンウォークのように、正面を向いたまま反対方向へ下がる動きを手がかりに、マイナスを「向き」として考えてみます。

まず、マイナスを「反対向き」として見る

数直線で右向きを正の向きと決めます。

負の向き ←  0  → 正の向き

−3 −2 −1 0 +1 +2 +3

+3 は右へ3、−3 はその反対へ3進む。

ここで大事なのは、マイナスを単に「小さい数」とだけ見るのではなく、基準にした向きとは反対という意味でも捉えられることです。

ムーンウォークで「負の向き」をイメージする

ムーンウォークでは、体は前を向いたまま、実際の移動は後ろへ進みます。

体の向き: →

移動の向き: ←

「向いている方向」と「進んでいる方向」は同じとは限りません。

【画像の挿入位置|ムーンウォークの図】
右を向いた人型を0付近に置き、体の向きは右のまま、−1、−2、−3へ下がっていく。矢印は左向き。「体の向き」と「移動の向き」を別々に表示する。

ムーンウォークそのものが負の数というわけではありません。ここでは、「正の向きと逆へ進む」という感覚をつかむためのモデルとして使っています。

2×(−3)なら「後ろへ3」を2回

まず、正の数を掛ける場合から考えます。

2×3は「3を2回分」と考えられます。

同じように、

2×(−3)=−6

は、「負の向きへ3進む移動を2回分」と考えればよいわけです。

0から−3へ、さらに−3進んで−6へ到着します。

「×(−1)」は向きを反転させる

ここからが本題です。

3に−1を掛けると、

(−1)×3=−3

になります。

逆に、−3に−1を掛けると、

(−1)×(−3)=3

になります。

「×(−1)」で向きを反転してみる

−3 ← 0 → +3

−3は0から見て左側。そこに「×(−1)」をすると、0をはさんだ反対側の+3へ移る、と考えられます。

つまり「×(−1)」は、数直線では0を中心に向きをひっくり返す操作として見ることができます。

反対向きを、もう一度反対にする。だから元の向きに戻ります。

では、(−2)×(−3)はどう見る?

(−2)は、2×(−1)と書けます。

そこで、

(−2)×(−3)

を、

2×{(−1)×(−3)}

と見ます。

まず(−1)×(−3)で向きが反転して+3になります。

あとはその3を2回分なので、

2×3=6

です。

イメージでは:
負の向き → 「×(−1)」で反転 → 正の向き。

ただし、ムーンウォークは「証明」ではない

ここまでの話は、符号の意味をつかむためのイメージです。

数学として「なぜ必ずそうならないといけないのか」は、分配法則を使うと確認できます。

分配法則を崩さないためには、マイナス×マイナスはプラスになる

0は、1+(−1)と書けます。

そこで、

0=(−1)×0

を考えます。

0=1+(−1)なので、

0=(−1)×{1+(−1)}

です。

分配法則を使うと、

0=(−1)×1+(−1)×(−1)

となります。

(−1)×1=−1だから、

0=−1+(−1)×(−1)

です。

この式が成り立つには、

(−1)×(−1)=1

でなければなりません。

つまり中学数学では、これまで使ってきた分配法則や0の性質を、負の数でも同じように使えるようにすると、マイナス×マイナスはプラスに決まると考えられます。

3問だけ確認

① (−1)×5 は?

−5。5の向きを反転します。

② (−1)×(−5)は?

+5。負の向きをもう一度反転します。

③ (−4)×(−3)は?

+12。(−4)=4×(−1)と見れば、まず−3を反転して+3、その3を4回分です。

まとめ

  • 負の数は、正の向きとは反対の向きとして考えられる
  • 「×(−1)」は、数直線上で向きを反転させる操作としてイメージできる
  • 反対の反対なので、マイナス×マイナスはプラスになる
  • 数学的には、分配法則を保つと(−1)×(−1)=1に決まる

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