0÷0は定義できるか

数学分数除法未定義不定形

ぜろわるぜろはいち

14:51
リュウツー先生
リュウツー先生

なんでしょうか!
「ぜろわるぜろはいち」とは、つまり「0÷0=1ですか?」という意味の質問でしょうか?
それとも別の意図(たとえば別の表現や文脈)があるか、もう少し詳しく教えてもらえますか?

14:51

そうそう

14:51
リュウツー先生
リュウツー先生

素晴らしい!!
では現状理解度確認フェーズとして、簡単なクイズを出すね。
次のうち「0÷0」の値として正しいものを選んでみてください。

  1. 0
  2. 1
  3. 定義できない(未定義)
  4. ∞(無限大)

番号で答えてくれる?

14:51

2

14:51
リュウツー先生
リュウツー先生

お、いいね、よく勉強してるね!ただそれはね、a/a=1a/a=1a0a\neq0 のときには合ってるんだけど、今回の場合は a=0a=0 だから 0÷00÷0 は定義できないんだ。

分数 x/yx/y の定義を「y×z=xy×z=x を満たす唯一の zz」として考えると、
zz=0 を満たす zz は「すべての実数」になってしまう。
つまり解が無数にあって「ひとつ」に決められないから、演算として成り立たないわけだ。

微分積分の世界で「不定形(インデターミネートフォーム)」と呼ばれるのも同じ理由だよ。
ゆえに 0÷00÷0 は「未定義」と覚えておいてね。

わかった?

14:51

わからん

14:52
リュウツー先生
リュウツー先生

では、もう少し具体的に見てみよう。

  1. 6÷2=3 → 2×3=6
    → 「2×z=6 を満たすz はただひとつ(z=3)」だから定義できる

  2. 0÷2=0 → 2×0=0
    → 「2×z=0 を満たすz はただひとつ(z=0)」だから定義できる

  3. 6÷0? → 0×z=6
    → これはどんなz を当てはめても 0×z=0 になってしまい、6には届かない。
    解が存在しないので「未定義」

  4. 0÷0? → 0×z=0
    → z に何を入れても 0×z=0 だから、解は∞(無数)。
    「ただひとつ」に決められないのでやっぱり「未定義」

要するに「÷y」は「y×z=x を満たす唯一の z」を定義としているから、
・解なし → 未定義
・解が無数 → 未定義
・解がただ1つ → 定義される

この説明でイメージできそうかな?どのあたりがまだわかりにくい?

14:52

かいがないんではなくかいがたくさんあるだけでは

14:52
リュウツー先生
リュウツー先生

いいね!!そのとおり、0÷0 が「未定義」なのは、解が“まったくない”からじゃなくて、“解がたくさんある”からなんだ。

割り算 x÷yx÷y
y×z=xy×z = x を満たすただ一つの zz
として定義しているから、

・解が存在しない(例:6÷0) → 定義できない
・解が無数にある(例:0÷0) → 定義できない

つまり「解がただ一つに絞れない」→「未定義」となるわけ。

これでイメージつかめたかな?わかった?

14:53

複数あることには問題ないはずだよね。

14:53
リュウツー先生
リュウツー先生

いいね!!複数あること自体は数学的にあり得る話だけど、演算として「÷」を定義するときには「必ずひとつの答」が返ってこないと困るんだ。

「÷」をこう定義しているからね:
x÷yx÷y は、y×z=xy×z=x を満たすただ一つの zz

つまり「÷」は入力(左が被除数、右が除数)に対して一意に決まる出力を返す演算、つまり関数なんだ。

  • 関数は「同じ入力には同じ出力」を返さなきゃいけないよね。
  • もし答が複数あるなら、どれを返せばいいか決められない。
  • もし答が存在しないなら、当然返せない。

この「一意性」を保証できないのが、0÷0 の場合。
だから「未定義」とされているわけ。

別の枠組み(たとえば多価演算や集合として扱う理論)で「0÷0=任意の実数の集合」と定めることはできるけど、
日常の算数・代数学・解析で使う「÷」は一価関数だから、ここでは定義できないようにしているという話なわけです。

わかった?やったぜ!

14:53

わかった!
ありがとう!

20:06
リュウツー先生
リュウツー先生

よかった!理解できて何よりだよ。
まとめると、日常で使う「÷」は「入力に対してただ一つの答を返す関数」だから、答が多すぎる(または存在しない)場合は定義できない、という話だったね。

また分からなくなったらいつでも聞いてくれ。やったぜ!

20:06
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マイセオくん