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記数(きすう)法(ほう)とn進(しん)法(ほう)

ゾウ先生0の役割(やくわり)に気(き)づくと、どんなnでも同(おな)じしくみで数(かず)を表(あらわ)せることが見(み)えてくるよ。

30秒でつかむ

  1. 位(くらい)の重(おも)みが10倍(ばい)ずつ変(か)わる10進(しん)位取(くらいど)り記数(きすう)法(ほう)では、同(おな)じ数字(すうじ)でも位置(いち)によって表(あらわ)す値(あたい)が変(か)わる。0が位(くらい)のあきを示(しめ)す重要(じゅうよう)な役割(やくわり)をもつ。
  2. コンピュータは0と1の2つの数字(すうじ)だけで数(かず)を表(あらわ)す2進(しん)法(ほう)を使(つか)っている。
  3. n進(しん)法(ほう)の数(かず)は、各位(かくい)の数字(すうじ)にnのべき乗(じょう)をかけて足(た)すと10進(しん)法(ほう)の数(かず)に直(なお)せる。

詳しく

公式(こうしき)

現在(げんざい)広(ひろ)く使(つか)われている10進(しん)位取(くらいど)り記数(きすう)法(ほう)は、同(おな)じ数字(すうじ)でも書(か)く位置(いち)によって表(あらわ)す値(あたい)が10倍(ばい)ずつ変(か)わる記数(きすう)法(ほう)である。たとえば345の「3」は300、「4」は40、「5」は5を表(あらわ)す。

この記数(きすう)法(ほう)が成(な)り立(た)つのは、位(くらい)のあきを示(しめ)す0という数字(すうじ)があるからだ。0がなければ、たとえば「307」と「37」を同(おな)じ記号(きごう)の並(なら)びと区別(くべつ)できなくなる。

コンピュータの内部(ないぶ)では、電気(でんき)信号(しんごう)のオンとオフの2通(とお)りだけで数(かず)を表(あらわ)す2進(しん)法(ほう)が使(つか)われている。2進(しん)法(ほう)は0と1の2つの数字(すうじ)だけで、位(くらい)が1つ上(あ)がるごとに値(あたい)が2倍(ばい)になる。

位取りと0の役割を示す345と307・37の図Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

例題(れいだい)

例題(れいだい):2進(しん)法(ほう)の数(かず)1011(2)\mathbf{1011_{(2)}}を10進(しん)法(ほう)の数(かず)に直(なお)そう。

位(くらい)は右(みぎ)から1の位(くらい)・2の位(くらい)・4の位(くらい)・8の位(くらい)にあたる。1011(2)=1×8+0×4+1×2+1×11011_{(2)}=1×8+0×4+1×2+1×1を計算(けいさん)すると、8+0+2+1=118+0+2+1=\mathbf{11}になる。

逆(ぎゃく)に10進(しん)法(ほう)の11を2進(しん)法(ほう)に直(なお)すには、11を2で割(わ)った商(しょう)と余(あま)りを次々(つぎつぎ)に求(もと)める。11÷2=511÷2=5余(あま)り1、5÷2=25÷2=2余(あま)り1。2÷2=12÷2=1余(あま)り0、1÷2=01÷2=0余(あま)り1。余(あま)りを下(した)から並(なら)べると1011(2)\mathbf{1011_{(2)}}になる。

2進法1011を10進法11に直す位の図Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

なぜそうなるか

60進(しん)法(ほう)は古代(こだい)バビロニアで使(つか)われていた記数(きすう)法(ほう)だ。今(いま)も時間(じかん)の「1分(ふん)=60秒(びょう)」「1時間(じかん)=60分(ふん)」や角度(かくど)の「1度(ど)=60分(ふん)」に名残(なごり)が残(のこ)っている。

60は2・3・4・5・6など多(おお)くの数(かず)で割(わ)り切(き)れる。だから時間(じかん)や角度(かくど)を半分(はんぶん)や3分(ぶん)の1、4分(ぶん)の1に分(わ)けやすく、当時(とうじ)の計算(けいさん)や暦(こよみ)づくりに都合(つごう)がよかったようだ。

n進(しん)法(ほう)の数(かず)は、右(みぎ)からn0n^0、n1n^1、n2n^2、…の位(くらい)に対応(たいおう)している。各位(かくい)の数字(すうじ)にその位(くらい)の重(おも)みをかけて足(た)し合(あ)わせると、もとの10進(しん)法(ほう)の値(あたい)に直(なお)せる。10進(しん)法(ほう)もn=10のときのn進(しん)法(ほう)の一(いち)例(れい)にすぎない。

確認問題

問題 1 / 42進(しん)法(ほう)の数(かず)10110₍₂₎を10進(しん)法(ほう)の数(かず)に直(なお)せ。

確認問題(解答用紙)

この問題を端末で解くための QR コード

スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。

https://manazoo.com/math/numeral-systems-and-base-n/?from=print#quiz

  1. 2進(しん)法(ほう)の数(かず)10110₍₂₎を10進(しん)法(ほう)の数(かず)に直(なお)せ。

    答え:____________

    正解:22
    10110₍₂₎=1×16+0×8+1×4+1×2+0×1=16+4+2=22。

  2. 19を2進(しん)法(ほう)で表(あらわ)すとどれか。

    • ◯ 10011₍₂₎
    • ◯ 10101₍₂₎
    • ◯ 11001₍₂₎
    • ◯ 11011₍₂₎

    正解:10011₍₂₎
    19=16+2+1なので、16の位(くらい)・2の位(くらい)・1の位(くらい)が1、8の位(くらい)と4の位(くらい)が0になり10011₍₂₎になる。

  3. 次(つぎ)のうち、60進(しん)法(ほう)の名残(なごり)が今(いま)も使(つか)われているものはどれか。

    • ◯ 1ダースは12個(こ)
    • ◯ 時刻(じこく)の1分(ふん)=60秒(びょう)
    • ◯ 1kmは1000m
    • ◯ 100点(てん)満点(まんてん)のテスト

    正解:時刻の1分=60秒
    時刻(じこく)の「1分(ふん)=60秒(びょう)」「1時間(じかん)=60分(ふん)」や角度(かくど)の「1度(ど)=60分(ふん)」は、バビロニアの60進(しん)法(ほう)の名残(なごり)である。

  4. 位取(くらいど)り記数(きすう)法(ほう)で0がなければ起(お)こる問題(もんだい)として正(ただ)しいものはどれか。

    • ◯ 大(おお)きい数(かず)が書(か)けなくなる
    • ◯ 分数(ぶんすう)が表(あらわ)せなくなる
    • ◯ 負(ふ)の数(すう)が表(あらわ)せなくなる
    • ◯ 307と37を区別(くべつ)できなくなる

    正解:307と37を区別できなくなる
    0は位(くらい)のあきを示(しめ)す記号(きごう)なので、0がないと「307」と「37」のように違(ちが)う数(かず)を同(おな)じ並(なら)びと区別(くべつ)できなくなる。

単元のポイント

  • 位取(くらいど)り記数(きすう)法(ほう) 数字(すうじ)の置(お)かれた位置(いち)で表(あらわ)す値(あたい)の重(おも)みが変(か)わる記数(きすう)法(ほう)
  • n進(しん)法(ほう) nを底(てい)として、0からn−1までの数字(すうじ)で数(かず)を表(あらわ)す記数(きすう)法(ほう)
  • 60進(しん)法(ほう) 時間(じかん)の分(ぶん)・秒(びょう)や角度(かくど)の分(ぶん)・秒(びょう)に今(いま)も使(つか)われているバビロニア起源(きげん)の記数(きすう)法(ほう)
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単元のポイント
  • 位取(くらいど)り記数(きすう)法(ほう) 数字(すうじ)の置(お)かれた位置(いち)で表(あらわ)す値(あたい)の重(おも)みが変(か)わる記数(きすう)法(ほう)
  • n進(しん)法(ほう) nを底(てい)として、0からn−1までの数字(すうじ)で数(かず)を表(あらわ)す記数(きすう)法(ほう)
  • 60進(しん)法(ほう) 時間(じかん)の分(ぶん)・秒(びょう)や角度(かくど)の分(ぶん)・秒(びょう)に今(いま)も使(つか)われているバビロニア起源(きげん)の記数(きすう)法(ほう)