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どうして0でわっちゃいけないの?

わり算を学習した小学校3年生の子ども向けに,「どうして0でわっちゃいけないの?」への説明を,考えてみました.

(1) かけてわる

数を二つ,用意しましょう.0はダメ,あとでね.
これから,「かけてわる」という計算をしてもらいます.
一つめの数に,二つめの数をかけて,出た答えを,二つめの数でわってみましょう.
さいごの答えは,どうなりますか?
一つめの数が4,二つめの数が5だったら…4×5=20,そして20÷5=4で,4になりましたね.
二つの数が同じでも,いいですよ.一つめの数が6,二つめの数が6だったら…6×6=36,そして36÷6=6で,6になりましたね.
「かけてわる」と,もとの数になります.小学校で習う計算では,一つめの数に,二つめの数をかけて,出た答えを,二つめの数でわったら,かならず一つめの数に,もどります.そういうふうに,なっています.

(2) わってかける

次は「わってかける」をしましょう.かけるのとわるのを,反対にします.
一つめの数が6,二つめの数が6だったら…6÷6=1,そして6×6=6で,やっぱり6にもどりました.
でも一つめの数が4,二つめの数が5だったら…4÷5は? 0あまり4? そのあとかけ算って,どうしよう?
安心してね.4年生,5年生,6年生になったら,4÷5や,その答えに5をかける計算も,習います.そしたら,一つめの数を,二つめの数でわって,出た答えに,二つめの数をかけたら,やっぱり一つめの数に,もどってくれます.

(3) 0に,かけてわる・わってかける

さいしょにダメって言ったけど,0もなかまに入れましょう.一つめの数を0,二つめの数を8とします.
0×8=0で,0÷8=0ですね.一つめの数になっています.
0÷8=0,0×8=0とすることも,できます.
かけてわっても,わってかけても,けっかは0.一つめの数と同じです.

(4) 0で,かけてわる・わってかける

二つめの数を0にすると,どうでしょうか?
一つめの数をそうですね,9にしましょう.二つめの数は,0です.「かけてわる」を,やってみましょう.
9×0=0はいいとして,0÷0は…9になりますか? 9にして,いいですか?
では,0÷0=9としてみましょう.ここだけの,あなたとわたしだけの決まりですよ.
ところで,一つめの数を8,二つめの数を0にしたら,「かけてわる」とどうなります?
8×0=0はいいよね.0÷0は9? それとも8?
「わってかける」は,どうかな?
一つめの数を9,二つめの数を0にしますよ.9÷0は…0にしますか.それに0をかけるんだから,0×0=0.あれ,もとの数の9に,もどらなくなったよ.
9÷0=9なんかにしても,0をかけたら,答えはやっぱり0だね.
どうやら,二つめの数を0にしたら,「かけてわる」のも,「わってかける」のも,一つめの数になってくれないみたい.
実はこれ,4年になっても,5年になっても6年になっても,中学生になっても高校生になっても,同じなんだよ.
それでも,0でわったら何になるかを,決めたい?

背景にあるもの

キーワードは「逆数」です.それと,「xでわる」と「xの逆数をかける」を同一視します.
0に逆数がある(一つ決まる)と仮定したとき,かけてからわっても,わってからかけても,元の数にならないよ,という次第です.
式であらわすと,次のようになります.すなわち,a,bという文字に「一つめの数」「二つめの数」を対応させ,bの逆数をb^-1と表記したとき,a×b×b^-1=a×b^-1×b=aを満たすには,b≠0でないといけません*1

近況報告

ですが,昨夜「かけ算の順序にこだわる教育は古くさい,時代遅れだ」から始まる項目を加えまして,項目数はこれで97個です.
はてなダイアリー記法で39,000字を超えており,もちろん当ブログの最長エントリです.なお,リリース当初は86項目,約32,000字でした.

(最終更新:2012-12-04 晩)

*1:しかし次のように書くのが,より数学らしいでしょう;bに対して逆元が存在し,b×b^-1=b^-1×b=1が成立するものとします.b=0のときも,逆元の存在を仮定するとします.すると,0×0^-1=1です.一方,「0に何をかけても0」という性質は,0×a=0であらわされます.ここにa=b^-1を代入すると,0×0^-1=0となります.したがって,1=0です.0の逆元が存在するなら,単位元と零元が同一となります.小学校の算数は,そうするわけにはいかないので,ここで矛盾が生じるという次第です.