2014 年 3 月 18 日
Hiroshi Michiwaki
道脇裕

零除算
0/0＝0 の証明（可減集合編）
定義：A,B を実数とするとき，除算 B/A の演算を，以下で定義する．
|B|－(|{A}|･|A|+a)＝0
において，B0＝B，Aj =A(0≦a)（A,B,a∈R）(j=0,1,2,･･･)として，可減漸化式 Bj－Aj+1＝Bj+1 における Aj+1（この Aj+1 を第j+1 可減数と呼ぶ）を元とする集合を第 j+1 可減数集合{Aj+1}とし，Bj（この Bj を第 j 被可減数と呼ぶ）
が Bj >Bj+1≧0 を満たすとき，{Aj+1}≠∅．満たさないとき，{Aj+1}＝∅として，全ての可減数集合{Aj+1}を要素とする集合を可減集合{A}とする．
ここに，B は被除数，A は除数，|{A}|は可減集合{A}の要素数|{A}|であって B/A の商であり，a は剰余であって，|{A}|を最大化したときにとり得る非負最小実数である．
このとき，次の定理が成り立つ．
定理１：0/0＝0 が成り立つ．
証明：定義|B|－(|{A}|･|A|+a)＝0 より，B＝0⇒a＝0．
従って，0－(|{A}|･|A|+0)＝0－|{A}|･|A|＝0．
ここで，A＝0⇒0－|{A}|･|A|＝0－|{A}|×0＝0．
さて，B＝B0＝0∧A＝Aj＝0 故に，可減漸化式 Bj－Aj+1＝Bj+1 は 0－0＝0 であって Bj >Bj+1≧0 は満たさない．よって，可減集合{A}＝{{A1},{A2},･･･,{Aj},･･･}＝{∅,∅,･･･,∅,･･･}＝∅であり，要素数|{A}|＝|∅|＝0を得る．従って，A＝B＝0⇒B－(|{A}|･|A|+a)＝0－(0×0+0)＝0．∴ 0/0＝0．
100/0＝0 の証明（可減集合編）
定理２：除算 B/A にける A＝0 の商は 0 で，余りは B となる．
証明：B＞0 のとき，定義|B|－(|{A}|･|A|+a)＝0 より，A＝0 ならば，B＝B0＞0∧A＝Aj＝0
故に，可減漸化式 Bj－Aj+1＝Bj+1 は，
B0－0＝B0＝B1
B1－0＝B1＝B2･･･
Bj－0＝Bj＝Bj+1であって，Bj >Bj+1≧0 は満たさない．
よって，可減集合{A}＝{{A1},{A2},･･･,{Aj},･･･}＝{∅,∅,･･･,∅,･･･}＝∅であり，要素数|{A}|＝|∅|＝0 を得る．従って，|𝐵| = |{𝐴}|･|𝐴| + 𝑎 = |∅|･|0| + 𝑎 = 0 × 0 + 𝑎 = 𝑎が成り立つ．
これより，B＞0⇒a≠0 が成り立つ．ここで，A＝0⇒商|{A}|＝0，且つ，余り a＝B であって，明らかに，a は|{A}|を最大化した際の非負最小数であるから B≠0 における除算 B/A にける A＝0 の商|{A}|
は 0 で，余り a は B となる．勿論，B＝0⇒a＝0 が成り立つ．□
ここで，上記定義には，少なくとも A と B の何れか一方が負数となるケースを意図的に外して謂わば，四半平面（第一象限）のみを考慮した．そこで，これらの様な負数を含む場合の拡張定義と，その効果を以下に示す．
拡張定義：A 及び／又は B を負数の実数とするとき，除算 B/A の演算を，以下で定義する．
商=|𝐴| |𝐵||{𝐴}|𝐴 𝐵

剰余項＝|𝐵|𝑎𝐵

以上で置き換えれば，結果は以下のようになる．
各ケースにおける商の符号等は，
ⅰ．A＝－α＜0∧B＝β＞0，
商=|𝐴| |𝐵||−𝛼| |𝛽|𝛼𝛽|{𝐴}|＝|{𝐴}| = −|{𝐴}|＝ − |{𝐴}|𝐴 𝐵−𝛼 𝛽𝛼𝛽ⅱ．A＝α＞0∧B＝－β＜0，
商=|𝐴| |𝐵|
|𝛼| |−𝛽|𝛼𝛽|{𝐴}|＝|{𝐴}| = −|{𝐴}|＝ − |{𝐴}|𝐴 𝐵
𝛼 −𝛽𝛼𝛽ⅲ．A＝－α＜0∧B＝－β＜0，
商=|𝐴| |𝐵||−𝛼| |−𝛽|𝛼𝛽|{𝐴}|＝|{𝐴}| =|{𝐴}|＝|{𝐴}|
𝐴 𝐵
−𝛼 −𝛽
𝛼𝛽ⅳ．A＝0，
商=|𝐴| |𝐵|
|0| |𝛽||{𝐴}|＝|{𝐴}| = 0 × 1 × |{𝐴}|＝0 × |{𝐴}|𝐴 𝐵
0 𝛽

商=|𝐴| |𝐵||𝛼| |0||{𝐴}|＝|{𝐴}| = 1 × 0 × |{𝐴}|＝0 × |{𝐴}|𝐴 𝐵
𝛼 0

商=|𝐴| |𝐵||0| |0||{𝐴}|＝|{𝐴}| = 0 × 0 × |{𝐴}|＝0 × |{𝐴}|𝐴 𝐵
0 0

ⅴ．B＝0，

ⅵ．A＝0∧B＝0，となる．また，各ケースにおける剰余項の符号等は，
Ⅰ．A＝α＞0∧B＝β＞0
剰余項＝|𝐵||𝛽|
𝛽𝑎=𝑎= 𝑎=𝑎𝐵
𝛽𝛽

剰余項＝|𝐵||𝛽|
𝛽𝑎=𝑎= 𝑎=𝑎𝐵
𝛽𝛽Ⅱ．A＝－α＜0∧B＝β＞0

Ⅲ．A＝α＞0∧B＝－β＜0
剰余項＝|𝐵||−𝛽|𝛽𝑎=𝑎 = − 𝑎 = −𝑎𝐵−𝛽𝛽

剰余項＝|𝐵||−𝛽|𝛽𝑎=𝑎 = − 𝑎 = −𝑎𝐵−𝛽𝛽

Ⅳ．A＝－α＜0∧B＝－β＜0Ⅴ．A＝0∧B＝±β≠0
剰余項 =|𝐵||±𝛽|
𝑎＝𝑎 = ±1 × 𝑎＝ ± 𝑎
𝐵±𝛽Ⅵ．A≠0∧B＝0
剰余項 =|𝐵||0|
𝑎＝ 𝑎 = 0 × 𝑎＝0𝐵0Ⅶ．A＝0∧B＝0
剰余項 =|𝐵||0|
𝑎＝ 𝑎 = 0 × 𝑎＝0𝐵0となる．
補題１：除算 B/A において，A＞B＝0 の場合
定義より，
B＝B0＝0∧A＝Aj＞0 であり，可減漸化式 Bj－Aj+1＝Bj+1 は
B0－A1＝0－A＝B1
B1－A2＝－A－A＝－2A＝B2・・・
Bj－Aj+1＝－(j＋1)A＝Bj+1であって Bj >Bj+1≧0 は満たさない．
よって，可減集合{A}＝{{A1},{A2},･･･,{Aj},･･･}＝{∅,∅,･･･,∅,･･･}＝∅であり，要素数|{A}|＝|∅|＝0 を得る．従って，
A＞B＝0 のとき，0－(|{A}|･|A|+a)＝0－(|∅|･|A|＋a)＝0－(0×|A|＋a)＝0－(0＋a)＝0∴a＝0．

これより，A＞B＝0⇒商|{A}|＝0，余り a＝0 が成り立つ．□
補題２：除算 B/A において，A＞B＞0 の場合
定義より，
0＜B＝B0＜A＝Aj であり，可減漸化式 Bj－Aj+1＝Bj+1 は
B0－A1＝0－A＝B1
B1－A2＝－A－A＝－2A＝B2
・・・
Bj－Aj+1＝－j A－A＝－(j＋1)A＝Bj+1
であって Bj >Bj+1≧0 は満たさない．
よって，可減集合{A}＝{{A1},{A2},･･･,{Aj},･･･}＝{∅,∅,･･･,∅,･･･}＝∅であり，要素数|{A}|＝|∅|＝0 を得る．従って，A＞B＞0 のとき，B－(|{A}|･|A|+a)＝B－(|∅|･|A|＋a)＝B－(0×|A|＋a)＝B－(0＋a)＝B－a＝0∴B＝aを得る．これより，A＞B＞0⇒商|{A}|＝0，余り a＝B が成り立つ．□
補題３：除算 B/A において，B＞A＝0 の場合定理２によって証明されている．□
補題４：除算 B/A において，B＞A＞0 の場合
定義より，被除数 B は，B＝kA＋b（ただし，k∈N，0≦b＜A）と表される．
これを用いれば，B0＝B＝kA＋b であるから可減漸化式 Bj－Aj+1＝Bj+1 は，
B0－A1＝(kA＋b)－A＝{(k－1)A＋b}＝B1
B1－A2＝{(k－1)A＋b}－A＝{(k－2)A＋b}＝B2

・・・
Bk-1－Ak＝(A＋b)－A＝b＝Bk
Bk－Ak+1＝b－A＝Bk+1＜0であって，仮定より明らかに，B0 >B1>･･･> Bk-1>Bk≧0 が成り立ち，且つ，Bk >Bk+1≧0 は満たさない．
これより，可減数集合{Aj+1}は，{A1}≠∅∧{A2}≠∅∧･･･∧{Ak}≠∅∧{Ak+1}＝∅∧{Ak+2}＝∅∧･･･
であるから，可減集合{A}は，{A}＝{{A1}≠∅, {A2}≠∅,･･･, {Ak}≠∅, {Ak+1}＝∅, {Ak+2}＝∅,･･･}
であり，可減集合{A}の要素数|{A}|は明らかに，|{A}|＝kとなる．即ち，除算 B/A における商は，k となり，仮定に一致する．
この結果を定義に当て嵌めれば，|B|－(|{A}|･|A|+a)＝B－(kA＋a)＝(kA＋b)－(kA＋a)＝b－a＝0∴a＝b (0≦b＜A)が成り立つ．
ここで，b＝0 ならば，明らかに B は，A の整数倍の正実数であって剰り a が 0 であり，b＞0 ならば，B は，A で割ると剰り a が b となることを意味する．□
補題５：除算 B/A において，A＝B＝0 の場合
定理１によって証明されている．□