Penambahan

Penambahan, sering ditandai dengan tanda plus "+", adalah salah satu dari empat operasi aritmetika dasar. Penjumlahan merupakan penambahan sekelompok bilangan atau lebih menjadi suatu bilangan yang disebut jumlah. Misalnya di gambar di samping, terdapat tiga apel di sisi kiri dan dua apel di sisi kanan, menghasilkan jumlah lima apel. Dalam simbol matematika, ini dilambangkan "", disebut "3 ditambah 2 sama dengan 5".

Selain untuk menghitung jumlah benda, penambahan bisa didefinisikan dan digunakan untuk menghitung objek abstrak berupa bilangan, di antaranya bilangan bulat, bilangan real, dan bilangan kompleks. Dalam cabang matematika lain yang disebut aljabar, penambahan bisa digunakan untuk objek-objek abstrak lainnya seperti vektor dan matriks.

Penambahan memiliki beberapa sifat penting. Penambahan bersifat komutatif, yang berarti urutan bilangan yang ditambahkan tidak berpengaruh, dan bersifat asosiatif, yang berarti jika terdapat beberapa operasi penambahan maka urutan penambahan yang dikerjakan terlebih dahulu tidak berpengaruh. Menambahkan 0 tidak mengubah bilangan yang ditambah. Penambahan juga memiliki aturan-aturan yang terkait dengan operasi pengurangan dan perkalian.

Notasi dan terminologi 

Penjumlahan ditulis menggunakan tanda plus "+" di antara suku-suku tersebut; yaitu, dalam notasi infix. Hasilnya diekspresikan dengan tanda sama dengan. Sebagai contoh,
 ("satu tambah satu sama dengan dua")
 ("dua tambah dua sama dengan empat")
 ("satu tambah dua sama dengan tiga")
 (lihat "asosiatif" di bawah)
 (lihat "perkalian" di bawah)

Ada pula situasi di mana penambahan "dipahami", meskipun tidak ada simbol yang muncul:
 Bilangan bulat dengan pecahan menunjukkan jumlah keduanya, yang disebut bilangan campuran. Sebagai contoh, .Notasi ini dapat membingungkan, karena sebagian besar konteks lain, jukstaposisi seperti ini menunjukkan perkalian sebagai gantinya.

Jumlah dari sebuah deret dari bilangan terkait dapat diekspresikan melalui notasi Sigma yang secara kompak menunjukkan iterasi. Sebagai contoh,

Bilangan atau objek yang akan ditambahkan dalam penjumlahan umum secara kolektif disebut sebagai suku, tinambah atau penjumlahan;
terminologi ini dibawa ke penjumlahan beberapa istilah.
Dibedakan dari faktor, yaitu perkalian.
Beberapa penulis menyebut tambahan pertama sebagai augend. Faktanya, selama Renaisans, banyak penulis tidak menganggap tambahan pertama sebagai "tambahan" sama sekali. Saat ini, karena sifat komutatif penjumlahan, "augend" jarang digunakan, dan kedua istilah tersebut umumnya disebut adend.

Tanda plus "+" (Unicode:U+002B; ASCII: &#43;) adalah singkatan dari kata Latin et, yang berarti "dan". Muncul dalam karya matematika yang berasal dari setidaknya 1489.

Interpretasi 
Penambahan digunakan untuk memodelkan banyak proses fisik. Bahkan untuk kasus sederhana penambahan bilangan asli, banyak kemungkinan interpretasi dan bahkan lebih banyak lagi representasi visual.

Himpunan gabungan 

Interpretasi paling mendasar dari penjumlahan terletak pada himpunan gabungan:
 Ketika dua atau lebih koleksi terputus digabungkan menjadi satu koleksi, jumlah objek dalam satu koleksi adalah jumlah dari jumlah objek dalam koleksi asli.

Interpretasi ini mudah untuk divisualisasikan, dengan sedikit bahaya ambiguitas. Dalam matematika tingkat tinggi (untuk definisi ketat yang diilhaminya, lihat  di bawah ini). Namun, tidak jelas bagaimana seseorang harus memperluas versi penjumlahan ini untuk memasukkan bilangan pecahan atau bilangan negatif.

Salah satu perbaikan yang mungkin dilakukan adalah dengan mempertimbangkan koleksi objek dengan mudah dibagi, seperti pai atau lebih baik lagi, batang tersegmentasi. Menggabungkan himpunan segmen, batang dapat digabungkan dari ujung ke ujung, yang menggambarkan konsep tambahan lainnya: menambahkan bukan batang tetapi panjang batang.

Ekstensi panjang 

Interpretasi kedua tentang penjumlahan berawal dari panjang awal dengan panjang tertentu:
 Jika panjang asli panjang dengan jumlah tertentu, panjang akhirnya adalah jumlah dari panjang asli dan panjang.

Jumlah a + b dapat diartikan sebagai operasi biner yang menggabungkan a dan b, dalam arti aljabar, dapat diartikan sebagai penambahan b lebih banyak unit ke a. Dibawah interpretasi terakhir, bagian dari penjumlahan  memainkan peran asimetri, dan operasi  sebagai operasi uner +b ke a. Alih kedua adendemen a dan b, lebih tepat untuk a dari augend dalam kasus ini, karena a memainkan peran pasif. Tampilan uner berguna saat mendiskusikan pengurangan, karena setiap operasi penjumlahan uner memiliki operasi pengurangan uner terbalik, dan sebaliknya.

Sifat-sifat

Sifat komutatif 

Penambahan bersifat komutatif, berarti urutan di mana dua bilangan ditambahkan tidak menjadi masalah, hasilnya akan tetap sama. Secara simbolis, jika x dan y adalah sembarang bilangan, maka
.

Sifat asosiatif 

Penambahan bersifat asosiatif, yang berarti dalam pernyataan yang hanya melibatkan penambahan tidak terpengaruh dengan urutan operasi. Misalkan untuk pernyataan , jika pernyataan tersebut diartikan sebagai  maupun , hasilnya akan sama.

Akan tetapi, jika penambahan berada di dalam pernyataan yang melibatkan operasi lain, urutan operasi akan berpengaruh. Misalnya, jika suatu pernyataan berisi operasi penambahan dan perkalian, maka operasi perkalian harus dilakukan terlebih dahulu.

Sifat distributif 
Berlaku dengan perkalian atas penambahan. Identitas ini sangat penting dalam menyederhanakan ekspresi aljabar:

Elemen identitas 

Ketika menambahkan nol dengan suatu bilangan apapun, hasilnya akan sama dengan bilangan tersebut; nol adalah elemen identitas dari penambahan. Dalam simbol matematika, untuk x apapun,
x + 0 = 0 + x = x.
Hukum ini pertama dikenali dalam Brahmasphutasiddhanta dari Brahmagupta pada tahun 628, meskipun dia menulisnya sebagai tiga hukum terpisah, bergantung pada apakah a adalah bilangan negatif, positif, atau nol, dan dia menggunakan kata-kata bukannya simbol aljabar. Matematikawan India kemudian memperhalus konsepnya; pada sekitar tahun 830, Mahavira menulis, "nol menjadi nilai yang sama dengan nilai yang ditambahkan dengannya", sesuai dengan pernyataan unary .

Elemen invers 
Setiap bilangan x, penjumlahan, memiliki invers penambahan, , sehingga .

Penerus 
Dalam konteks bilangan bulat, penambahan satu juga memainkan peran khusus: untuk sembarang bilangan bulat a, bilangan bulat  adalah bilangan bulat terkecil dari a, juga dikenal sebagai penerus dari a. Misalnya, 3 adalah penerus 2 dan 7 adalah penerus 6. Karena suksesi ini, nilai  juga dapat dilihat sebagai penerus ke-b dari a, membuat penambahan suksesi iterasi. Misalnya,  adalah 8, karena 8 adalah penerus 7, yang merupakan penerus 6, menjadikan 8 penerus ke-2 dari 6.

Satuan 
Untuk menambahkan kuantitas-kuantitas fisik dengan satuan, kuantitas-kuantitas tersebut harus memiliki satuan yang sama. Contohnya, 24 meter ditambah 1 meter sama dengan 25 meter. Akan tetapi, jika air bervolume 500 mililiter ditambahkan air bervolume 3 liter, maka jumlah volume airnya adalah 3500 mililiter, karena 3 liter sama dengan 3000 mililiter. Sedangkan menambahkan 3 meter dengan 4 meter persegi tidaklah bermakna, karena kedua satuan tersebut tidak bisa dibandingkan. Pertimbangan-pertimbangan ini merupakan dasar dari analisis dimensi.

Cara penambahan

Kemampuan bawaan 
Studi perkembangan matematika yang dimulai sekitar tahun 1980-an telah mengeksploitasi fenomena pembiasaan: bayi melihat lebih lama pada situasi yang tidak terduga. Percobaan tersebut dimulai oleh Karen Wynn pada tahun 1992 yang melibatkan boneka Mickey Mouse yang dimanipulasi di belakang layar menunjukkan bahwa bayi berusia lima bulan 'berharap'  menjadi 2, dan mereka relatif terkejut ketika situasi fisik tampaknya menyiratkan bahwa  bernilai 1 atau 3. Penemuan ini telah ditegaskan oleh berbagai laboratorium dengan menggunakan metodologi yang berbeda. Eksperimen tahun 1992 lainnya dengan balita yang lebih tua, antara 18 dan 35 bulan, mengeksploitasi perkembangan kontrol motorik mereka dengan memungkinkan mereka mengambil bola ping-pong dari kotak; yang termuda merespons dengan baik untuk jumlah kecil, sementara subjek yang lebih tua mampu menghitung jumlah hingga 5.

Bahkan beberapa hewan bukan manusia menunjukkan kemampuan terbatas untuk menambah, terutama primata. Dalam percobaan tahun 1995 meniru hasil Wynn tahun 1992 (tetapi menggunakan terong sebagai pengganti boneka), monyet rhesus dan tamarin berkepala kapas memiliki penampilan yang mirip dengan bayi manusia. Lebih dramatis, diajari arti dari angka Arab 0 hingga 4, satu simpanse dapat menghitung jumlah dua angka tanpa pelatihan lebih lanjut. Baru-baru ini, Gajah Asia telah mendemonstrasikan kemampuan melakukan aritmetika dasar.

Pembelajaran masa kecil 
Biasanya, anak pertama menguasai menghitung. Ketika diberikan masalah yang mengharuskan dua item dan tiga item digabungkan, anak kecil mencontohkan situasi dengan objek fisik, jari atau gambar dan kemudian hitung totalnya. Saat mereka memperoleh pengalaman, mereka mempelajari atau menemukan strategi "mengandalkan": diminta untuk menemukan dua tambah tiga, anak-anak menghitung tiga lewat dua, mengatakan "tiga, empat, lima" (biasanya berdetak dengan jari), dan tiba pukul lima. Strategi ini tampaknya hampir universal; anak-anak dengan mudah memahaminya dari teman atau guru. Sebagian besar menemukannya secara mandiri. Dengan pengalaman tambahan, anak-anak belajar menambah lebih cepat dengan memanfaatkan komutatifitas penjumlahan dengan menghitung dari bilangan yang lebih besar, dalam hal ini, dimulai dengan tiga dan menghitung "empat, lima." Akhirnya anak-anak mulai mengingat fakta penjumlahan tertentu ("bilangan ikatan"), baik melalui pengalaman atau hafalan. Begitu beberapa fakta dimasukkan ke dalam ingatan, anak-anak mulai memperoleh fakta yang tidak diketahui dari yang diketahui. Misalnya, seorang anak yang diminta untuk menjumlahkan enam dan tujuh mungkin tahu itu  dan kemudian beralasan bahwa  adalah 13. Fakta yang diturunkan dapat ditemukan dengan sangat cepat dan sebagian besar siswa sekolah dasar pada akhirnya mengandalkan campuran dari fakta yang dihafal dan diturunkan untuk menambahkan dengan lancar.

Negara yang berbeda memperkenalkan bilangan bulat dan aritmetika pada usia yang berbeda, dengan banyak negara mengajar tambahan di prasekolah. Namun, di seluruh dunia, penjumlahan diajarkan pada akhir tahun pertama sekolah dasar.

Tabel 
Anak-anak sering diberikan tabel penjumlahan pasangan angka dari 0 hingga 9 untuk dihafal. Mengetahui hal ini, anak-anak dapat melakukan penjumlahan apapun.

Sistem desimal 
Prasyarat untuk penjumlahan dalam sistem desimal adalah penarikan atau penurunan yang lancar dari "fakta penjumlahan" 100 digit tunggal. Seseorang bisa menghafal semua fakta dengan hafalan, tetapi strategi berbasis pola lebih mencerahkan dan, bagi kebanyakan orang, lebih efisien:
 Sifat komutatif: Disebutkan diatas, menggunakan pola a + b = b + a mengurangi jumlah "fakta penjumlahan" dari 100 menjadi 55.
 Satu atau dua: Menambahkan 1 atau 2 adalah tugas dasar, dan dapat dilakukan dengan mengandalkan atau, pada akhirnya, intuisi.
 Nol: Karena nol adalah identitas aditif, menambahkan nol adalah trivial. Meskipun demikian, dalam pembelajaran berhitung, beberapa siswa diperkenalkan penjumlahan sebagai proses yang selalu meningkatkan penjumlahan; masalah kata dapat membantu merasionalisasi "pengecualian" dari nol.
 Ganda: Menambahkan bilangan terkait dengan menghitung dua dan perkalian. Fakta ganda membentuk tulang punggung untuk banyak fakta terkait, dan siswa menemukannya relatif mudah untuk dipahami.
 Hampir ganda: Jumlah seperti 6 + 7 = 13 dapat dengan cepat diturunkan dari fakta ganda  dengan menambahkan satu, atau dari  dengan menguranginya.
 Lima dan sepuluh: Jumlah dari bentuk 5 +  dan 10 +  biasanya dihafal lebih awal dan dapat digunakan untuk mendapatkan fakta lain. Sebagai contoh,  dapat diturunkan dari  dengan menambahkan satu.
 Membuat sepuluh: Strategi tingkat lanjut menggunakan 10 sebagai perantara untuk jumlah yang melibatkan 8 atau 9; sebagai contoh,  .
Seiring bertambahnya usia siswa, mereka mengingat lebih banyak fakta, dan belajar memperoleh fakta lain dengan cepat dan lancar. Banyak siswa tidak pernah mengingat semua fakta, tetapi masih dapat menemukan fakta dasar dengan cepat.

Simpan 

Algoritma standar untuk menambahkan bilangan banyak digit adalah dengan meratakan penjumlahan secara vertikal dan menambahkan kolom, dimulai dari kolom satuan di sebelah kanan. Jika sebuah kolom melebihi sembilan, digit tambahannya adalah "simpan" ke kolom berikutnya. Misalnya, sebagai tambahan 

   ¹
   27
 + 59
 ————
   86

7 + 9 = 16, dan bilangan 1 adalah simpan. Strategi alternatif mulai menambahkan dari digit paling signifikan di sebelah kiri; rute ini membawa sedikit canggung, tetapi lebih cepat untuk mendapatkan perkiraan kasar jumlahnya. Ada banyak metode alternatif.

Pecahan desimal 
Pecahan desimal dapat ditambahkan dengan modifikasi sederhana dari proses di atas. Satu meratakan dua pecahan desimal di atas satu sama lain, dengan titik desimal di lokasi yang sama. Jika perlu, menambahkan bilangan nol di belakang ke desimal yang lebih pendek untuk sama panjang dengan desimal yang lebih panjang. Akhirnya, melakukan proses penjumlahan yang sama seperti diatas, kecuali koma desimal ditempatkan di jawaban, persis ditempat itu ditempatkan di penjumlahan.

Sebagai contoh, 45.1 + 4.34 dapat diselesaikan sebagai berikut:
    4 5 . 1 0
 +  0 4 . 3 4
 ————————————
    4 9 . 4 4

Notasi ilmiah 

Pada notasi ilmiah, bilangan ditulis dalam bentuk , dimana  adalah signifikan dan  adalah bagian eksponensial. Penambahan membutuhkan dua angka dalam notasi ilmiah untuk direpresentasikan menggunakan bagian eksponensial yang sama, sehingga dua signifikansi dapat dengan mudah ditambahkan.

Sebagai contoh:

Bukan desimal

Penjumlahan pada basis lain sangat mirip dengan penjumlahan desimal. Sebagai contoh, apabila mempertimbangkan penjumlahan dalam biner. Menambahkan dua angka biner satu digit relatif sederhana, menggunakan bentuk pembawa:
0 + 0 → 0
0 + 1 → 1
1 + 0 → 1
1 + 1 → 0, simpan 1 (karena 1 + 1 = 2 = 0 + (1 × 21))
Menambahkan dua digit "1" menghasilkan digit "0", sedangkan 1 harus ditambahkan ke kolom berikutnya. Ini mirip dengan apa yang terjadi dalam desimal ketika angka satu digit tertentu dijumlahkan; jika hasilnya sama atau melebihi nilai akar (10), digit ke kiri bertambah:
5 + 5 → 0, simpan 1 (karena 5 + 5 = 10 = 0 + (1 × 101)))
7 + 9 → 6, simpan 1 (karena 7 + 9 = 16 = 6 + (1 × 101))

Ini dikenal sebagai simpan. Ketika hasil penjumlahan melebihi nilai sebuah digit, prosedurnya adalah "simpan" kelebihan jumlah dibagi dengan radix (yaitu, 10/10) ke kiri, menambahkannya ke nilai posisi berikutnya. Ini benar karena posisi berikutnya memiliki bobot yang lebih tinggi dengan faktor yang sama dengan akar. Simpan kerja dengan cara yang sama dalam biner:

   
     0 1 1 0 1
 +   1 0 1 1 1
 —————————————
   1 0 0 1 0 0 = 36

Dalam contoh ini, dua angka ditambahkan dengan: 011012 (1310) dan 101112 (2310). Baris atas menunjukkan bit simpan yang digunakan. Mulai dari kolom paling kanan, . 1 dibawa ke kiri, dan 0 ditulis dibagian bawah kolom paling kanan. Kolom kedua dari kanan ditambahkan: ; 1 dilakukan, dan 0 ditulis dibagian bawah. Kolom ketiga: . Kali ini, 1 dilakukan, dan 1 ditulis di baris bawah. Melanjutkan seperti ini memberikan jawaban akhir 1001002 (3610).

Komputer

Komputer analog bekerja secara langsung dengan besaran fisis, sehingga mekanisme penjumlahannya bergantung pada bentuk penjumlahan. Sebuah penambah mekanis mungkin mewakili dua tambahan sebagai posisi blok geser, dalam hal ini mereka dapat ditambahkan dengan tuas perata-rata. Jika penjumlahan adalah kecepatan rotasi dari dua poros, maka ia ditambahkan dengan diferensial. Sebuah penambah hidrolik dapat menambahkan tekanan dalam dua ruang dengan memanfaatkan hukum kedua Newton untuk menyeimbangkan gaya pada rakitan piston. Situasi yang umum untuk menggunakan komputer analog adalah ketika menambahkan dua voltase (direferensikan ke tanah); ini dapat dicapai secara kasar dengan resistor jaringan, tetapi desain yang lebih baik memanfaatkan penguat operasional.

Penjumlahan juga merupakan dasar pengoperasian komputer digital, dimana efisiensi penjumlahan, khususnya mekanisme penerus, merupakan batasan penting untuk kinerja keseluruhan.

Swipoa, juga disebut bingkai penghitungan, adalah alat hitung yang digunakan berabad-abad sebelum penerapan sistem angka modern tertulis dan masih banyak digunakan oleh pedagang, pedagang, dan juru tulis di Asia, Afrika, dan di tempat lain; ia ditemukan setidaknya 2700–2300 SM, ketika digunakan di Sumer.

Blaise Pascal menemukan kalkulator mekanik pada tahun 1642; ia adalah mesin penambah pertama yang bisa beroperasi. Yang digunakan untuk mekanisme pembawa yang dibantu gravitasi. Ia adalah satu-satunya kalkulator mekanis yang beroperasi di abad ke-17 dan komputer digital otomatis paling awal. Kalkulator Pascal dibatasi oleh mekanisme penerus-nya, yang memaksa rodanya hanya berputar satu arah sehingga bisa menambah. Untuk mengurangi, operator harus menggunakan komplekmen kalkulator Pascal, yang membutuhkan langkah sebanyak penjumlahan. Giovanni Poleni mengikuti Pascal, membangun kalkulator mekanik fungsional kedua pada tahun 1709, sebuah jam hitung yang terbuat dari kayu yang, setelah diatur, apabila mengalikan dua angka secara otomatis.

Penambah biner melakukan penambahan bilangan bulat pada komputer digital elektronik, biasanya menggunakan aritmetika biner. Arsitektur paling sederhana adalah penambah dengan simpan yang beriak, yang mengikuti algoritma multi-digit standar. Satu sedikit perbaikan adalah desain yang bisa melewati simpan; sesuai intuisi manusia, tidak perlu mengitung semua simpan dalam komputasi , tetapi bisa melewati sekumpulan 9 dan melompat ke jawabannya.

// Algoritme iteratif
int tambah(int x, int y) {
    int simpan = 0;
    while (y != 0) {      
        simpan = AND(x, y);   // AND logis
        x      = XOR(x, y);   // XOR logis
        y      = simpan << 1;  // bitshift simpan ke kiri satu kali
    }
    return x; 
}

// Algoritme rekursif
int tambah(int x, int y) {
    return x if (y == 0) else tambah(XOR(x, y), AND(x, y) << 1);
}

Di komputer, jika hasil penjumlahan terlalu besar untuk disimpan, maka terjadi luapan aritmetika, menghasilkan jawaban yang salah. Luapan aritmetika yang tidak terduga adalah penyebab yang cukup umum dari kutu program. Kutu luapan seperti ini bisa jadi sulit ditemukan dan didiagnosis karena ia hanya muncul untuk himpunan data input besar, yang cenderung tidak digunakan dalam tes validasi. Masalah tahun 2000 adalah serangkaian kutu di mana kesalahan luapan terjadi karena penggunaan format 2 digit selama bertahun-tahun.

Penambahan bilangan 
Untuk membuktikan sifat-sifat penambahan, penambahan harus didefinisikan pada suatu konteks terlebih dahulu. Penambahan awalnya didefinisikan untuk bilangan asli. Dalam teori himpunan, operasi penambahan lalu diperluas untuk himpunan bilangan lain yang mengandung bilangan asli, yaitu bilangan bulat, bilangan rasional, dan bilangan real.

Bilangan asli 

Ada dua cara populer untuk mendefinisikan jumlah dari dua bilangan asli a dan b. Jika bilangan asli didefinisikan sebagai kardinalitas dari himpunan hingga, (kardinalitas suatu himpunan adalah banyak unsur dalam himpunan tersebut), maka jumlah dua bilangan asli bisa didefinisikan sebagai berikut:
 Misalkan N(S) adalah lambang untuk kardinalitas himpunan S. Misalkan terdapat dua himpunan saling lepas A dan B, dengan  dan . Maka  didefinisikan sebagai .
Di sini,  adalah gabungan dari A dan B. Versi alternatif dari definisi ini memungkinkan A dan B bertindih dan kemudian mengambil satuan disjoin, mekanisme yang memungkinkan unsur-unsur umum untuk dipisahkan dan karena itu dihitung dua kali.

Definisi populer lainnya bersifat rekursif:
 Misalkan n+ adalah lambang untuk penerus dari n, yaitu bilangan setelah n dalam himpunan bilangan asli, jadi 0+=1, 1+=2. Definisikan . Definisikan jumlah secara umum menggunakan rekursi . Jadi misalnya  .

Sekali lagi, variasi kecil pada definisi ini dalam literatur. Secara harfiah, definisi di atas adalah aplikasi dari teorema rekursi pada himpunan terurut parsial N2. Di sisi lain, beberapa sumber lebih sering menggunakan teorema rekursi hingga yang hanya berlaku untuk himpunan bilangan asli. Salah satu a untuk sementara "diperbaiki", menerapkan rekursi pada b untuk mendefinisikan fungsi "a +", dan menempelkan operasi uner ini untuk semua a dengan membentuk operasi biner penuh.

Perumusan penambahan rekursif ini telah dikembangkan oleh Dedekind pada tahun 1854, dan dia kemudian mengembangkannya selama dekade-dekade berikutnya. Dia membuktikan sifat asosiatif dan komutatifnya menggunakan induksi matematika.

Bilangan bulat

Konsepsi bilangan bulat yang sederhana adalah ia terdiri dari nilai absolut (yang merupakan bilangan asli) dan tanda (umumnya positif atau negatif). Bilangan bulat nol adalah kasus ketiga khusus, yang bukan positif atau negatif. Definisi yang sesuai dari penambahan harus dilanjutkan dengan kasus:
 Untuk bilangan bulat n, maka |n| menjadi nilai mutlaknya. Misalkan a dan b adalah bilangan bulat. Jika a atau b adalah nol, perlukan sebagai identitas. Jika a dan b keduanya positif, tentukan . Jika a dan b keduanya negatif, tentukan . Jika a dan b memiliki tanda yang berbeda, tentukan  sebagai selisih antara |a| dan |b|, dengan tanda suku yang nilai absolutnya lebih besar. Sebagai contoh, ; karena –6 dan 4 memiliki tanda yang berbeda, nilai absolutnya dikurangi, dan karena nilai absolut suku negatif lebih besar, jawabannya adalah negatif.

Meskipun definisi ini berguna untuk masalah konkret, jumlah kasus yang perlu dipertimbangkan memperumit pembuktian yang tidak perlu. Jadi metode berikut ini biasa digunakan untuk mendefinisikan bilangan bulat. Hal ini didasarkan pada pernyataan bahwa setiap bilangan bulat adalah selisih dari dua bilangan bulat asli dan bahwa dua selisih tersebut,  sama dengan  jika dan hanya jika .
Jadi, apabila mendefinisikan secara formal bilangan bulat sebagai kelas ekuivalensi dari pasangan terurut bilangan asli di bawah relasi ekuivalensi
 jika dan hanya jika .
Kelas ekuivalensi dari  berisi  jika , atau . Jika  adalah bilangan asli, yang menyatakan  kelas ekuivalen dari , dan dengan  kelas ekuivalen dari . Hal ini memungkinkan mengidentifikasi bilangan asli  dengan kelas ekivalen .

Penambahan pasangan terurut dilakukan berdasarkan komponen:

Perhitungan langsung menunjukkan bahwa kelas ekuivalen dari hasil hanya bergantung pada kelas ekuivalen dari penyebut, dan dengan demikian ini mendefinisikan penambahan kelas ekuivalen, yaitu bilangan bulat. Perhitungan langsung lainnya menunjukkan bahwa penambahan ini sama dengan definisi kasus di atas.

Cara mendefinisikan bilangan bulat sebagai kelas ekuivalen dari pasangan bilangan asli, dapat digunakan untuk menyematkan ke dalam grup komutatif semigrup dengan sifat pembatalan. Di sini, semigrup dibentuk oleh bilangan asli dan grup adalah grup aditif bilangan bulat. Bilangan rasional dibangun dengan cara yang sama, dengan mengambil sebagai semigrup bilangan bulat bukan nol dengan perkalian.

Konstruksi ini juga telah digeneralisasikan dengan nama grup Grothendieck untuk kasus setiap semigrup komutatif. Tanpa sifat pembatalan homomorfisme semigrup dari semigrup ke grup ini adalah non-injektif. Awalnya, "grup Grothendieck", hasil konstruksi ini diterapkan pada kelas ekivalensi di bawah isomorfisme objek dari kategori Abelian, dengan jumlah langsung sebagai operasi semigrup.

Bilangan rasional (pecahan) 
Penambahan bilangan rasional didefinisikan menggunakan penambahan dan perkalian bilangan asli.
 Definisikan 

Sebagai contoh, jumlah .

Penambahan pecahan lebih sederhana ketika penyebutnya sama; untuk kasus ini, tinggal dijumlahkan pembilangnya tanpa mengubah penyebutnya: , jadi .

Komutatifitas dan asosiatifitas penjumlahan rasional adalah konsekuensi mudah dari hukum aritmetika bilangan bulat. Untuk diskusi yang lebih ketat dan umum, lihat medan pecahan.

Bilangan riil

Konstruksi umum dari himpunan bilangan riil adalah penyelesaian Dedekind dari himpunan bilangan rasional. Bilangan riil didefinisikan sebagai potongan Dedekind dari rasional: himpunan tak kosong dari rasional tertutup bawah dan tidak memiliki elemen terbesar. Jumlah bilangan riil a dan b didefinisikan elemen demi elemen:
 Tentukan 
Definisi ini pertama kali diterbitkan, dalam bentuk yang sedikit dimodifikasi, oleh Richard Dedekind pada tahun 1872.
Komutatifitas dan asosiatifitas dari penjumlahan riil bersifat langsung; mendefinisikan bilangan riil 0 sebagai himpunan rasional negatif, itu mudah dilihat sebagai identitas tambahan. Mungkin bagian tersulit dari konstruksi yang berkaitan dengan penjumlahan ini adalah definisi invers aditif.

Sayangnya, menangani perkalian potongan Dedekind adalah proses kasus per kasus yang memakan waktu yang mirip dengan penambahan bilangan bulat bertanda. Pendekatan lain adalah penyelesaian metrik dari bilangan rasional. Bilangan riil pada dasarnya didefinisikan sebagai limit dari urutan Cauchy dari rasional, lim an. Penambahan didefinisikan istilah demi istilah:
 Define 
Definisi ini pertama kali diterbitkan oleh Georg Cantor, juga pada tahun 1872, meskipun formalismenya sedikit berbeda.
Apabila membuktikan bahwa operasi ini terdefinisi dengan baik, berurusan dengan urutan ko-Cauchy. Setelah tugas itu selesai, semua sifat-sifat penjumlahan riil segera mengikuti sifat-sifat bilangan rasional. Selanjutnya, operasi aritmetika lainnya, termasuk perkalian, memiliki definisi analog yang langsung.

Bilangan kompleks 

Bilangan kompleks ditambahkan dengan menambahkan bagian riil dan imajiner dari penjumlahan. Artinya:

Menggunakan visualisasi bilangan kompleks pada bidang kompleks, penambahan memiliki interpretasi geometris berikut: jumlah dua bilangan kompleks A dan B, ditafsirkan sebagai titik dari bidang kompleks, adalah titik X yang diperoleh dengan membangun jajar genjang tiga di antaranya adalah O, A dan B. Secara ekuivalen, X adalah titik sedemikian rupa segitiga dengan simpul O, A, B, dan X, B, A adalah kongruen.

Generalisasi 
Ada banyak operasi biner yang bisa dianggap sebagai generalisasi dari penambahan. Bidang aljabar abstrak utamanya membahas mengenai operasi-operasi yang digeneralisasi, dan operasi-operasi seperti itu juga ada dalam teori himpunan dan teori kategori.

Aljabar abstrak

Vektor 

Dalam aljabar linear, ruang vektor adalah struktur aljabar yang mengandung operasi penambahan antara dua vektor dan perkalian skalar suatu vektor. Contoh ruang vektor adalah himpunan semua pasangan terurut bilangan real; suatu pasangan terurut bilangan real (a,b) dianggap sebagai sebuah vektor dari titik nol ke titik (a,b). Jumlah dua vektor diperoleh dari menambahkan masing-masing koordinatnya:

Operasi penambahan ini penting sekali bagi mekanika klasik, di mana gaya ditafsirkan sebagai vektor.

Matriks 

Penjumlahan matriks didefinisikan untuk dua matriks yang dimensinya sama. Jumlah dari dua matriks berukuran m × n A dan B, dilambangkan dengan , adalah sebuah matriks  yang dihitung dengan menambahkan elemen-elemen yang bersesuaian:

Contohnya:

Aritmetika modular 

Dalam aritmetika modular, penambahan dua bilangan bulat hasilnya sama dengan bilangan bulat yang kongruen dengan jumlah kedua bilangan bulat tersebut.

Teori umum 
Teori umum dari aljabar abstrak membolehkan "penambahan" diartikan sebagai operasi apapun pada himpunan yang bersifat asosiatif dan komutatif. Struktur aljabar dengan operasi penambahan seperti itu di antaranya adalah monoid komutatif dan grup abelian.

Teori himpunan dan teori kategori
Generalisasi luas dari penjumlahan bilangan asli adalah penambahan bilangan urut dan bilangan kardinal dalam teori himpunan. Ini memberikan dua generalisasi yang berbeda dari penambahan bilangan asli ke lintas-hingga. Tidak seperti kebanyakan operasi penjumlahan, penambahan bilangan urut bukan komutatif. Penjumlahan bilangan kardinal, bagaimanapun, adalah operasi komutatif yang berkaitan erat dengan operasi satuan disjoin.

Dalam teori kategori, satuan disjoin dilihat sebagai kasus khusus dari operasi koproduk, dan produk bersama umum memungkinkan abstrak dari semua generalisasi penjumlahan. Beberapa produk sampingan, seperti jumlah langsung dan jumlah irisan, diberi nama untuk membangkitkan hubungannya dengan penjumlahan.

Operasi terkait
Penambahan, bersama dengan pengurangan, perkalian dan pembagian, dianggap sebagai salah satu operasi dasar dan digunakan dalam aritmatika dasar.

Aritmetika
Pengurangan dianggap sebagai semacam penambahan—yaitu, penambahan aditif invers. Pengurangan-diri adalah inversi dari penjumlahan, karena penjumlahan  dan pengurangan  adalah fungsi invers.

Diberikan himpunan dengan operasi penambahan, tidak selalu dapat mendefinisikan operasi pengurangan yang sesuai pada himpunan tersebut; himpunan bilangan asli adalah contoh sederhana. Di sisi lain, operasi pengurangan secara unik menentukan operasi penambahan, operasi kebalikan aditif, dan identitas aditif; untuk alasan ini, grup aditif digambarkan sebagai himpunan yang tertutup dalam pengurangan.

Perkalian dianggap sebagai penjumlahan berulang. Jika satu suku  muncul dalam jumlah n kali, maka jumlah tersebut adalah hasil kali n dan . Jika n bukan bilangan asli, produk mungkin masih masuk akal; misalnya, perkalian dengan  menghasilkan invers aditif dari suatu bilangan.

Dalam bilangan riil dan kompleks, penjumlahan dan perkalian dapat dipertukarkan dengan fungsi eksponensial:

Identitas ini memungkinkan perkalian dilakukan dengan melihat tabel dari logaritma dan menghitung penjumlahan dengan tangan; itu juga memungkinkan perkalian pada mistar hitung. Rumusnya masih merupakan pendekatan urutan pertama yang baik dalam konteks luas grup Lie, dimana ia menghubungkan perkalian elemen grup yang sangat kecil dengan penambahan vektor-vektor dalam aljabar Lie yang terkait.

Bahkan ada lebih banyak generalisasi perkalian daripada penambahan. Secara umum, operasi perkalian selalu distributif melebihi penjumlahan; persyaratan ini diformalkan dalam definisi gelanggang. Dalam beberapa konteks, seperti bilangan bulat, distribusi pada penjumlahan dan keberadaan identitas perkalian cukup untuk menentukan operasi perkalian secara unik. Sifat distributif juga memberikan informasi tentang penjumlahan; dengan memperluas produk  dalam kedua cara, orang menyimpulkan bahwa penambahan dipaksa menjadi komutatif. Oleh karena itu, penjumlahan gelanggang pada umumnya bersifat komutatif.

Pembagian adalah operasi aritmatika jarak jauh yang berhubungan dengan penjumlahan. Karena , pembagian adalah distributif kanan atas penjumlahan: . Namun, pembagian tidak dibiarkan distributif atas penambahan;  tidak sama dengan .

Urutan

Operasi maksimum "maks (a, b)" adalah operasi biner yang mirip dengan penjumlahan. Faktanya, jika dua bilangan nonnegatif a dan b berbeda tingkat besaran, maka jumlah mereka kira-kira sama dengan maksimumnya. Pendekatan ini sangat berguna dalam aplikasi matematika, misalnya dalam potongan deret Taylor. Namun, ini menghadirkan kesulitan terus-menerus dalam analisis numerik, pada dasarnya karena "maks" bukanlah invers. Jika b jauh lebih besar dari a, maka perhitungan langsung  mengakumulasi nilai yang tidak dapat diterima galat pembulatan, bahkan mungkin mengembalikan nol. Lihat pula Kehilangan signifikans.

Perkiraan menjadi tepat dalam seperti batas tak hingga; jika a atau b adalah bilangan kardinal tak hingga, jumlah kardinal mereka persis sama dengan yang besar dari keduanya. Dengan demikian, tidak ada operasi pengurangan untuk kardinal tak hingga.

Maksimisasi bersifat komutatif dan asosiatif, seperti penjumlahan. Selanjutnya, karena penambahan mempertahankan urutan bilangan riil, penambahan mendistribusikan lebih dari "maks" dengan cara yang sama seperti perkalian mendistribusikan lebih dari penambahan:

Untuk alasan ini, dalam geometri tropis mengganti perkalian dengan penjumlahan dan penjumlahan dengan maksimalisasi. Dalam konteks ini, penjumlahan disebut "perkalian tropis", maksimisasi disebut "penjumlahan tropis", dan "identitas aditif" tropis adalah tak hingga negatif. Beberapa penulis lebih suka mengganti penambahan dengan minimalisasi; maka identitas aditifnya adalah tak terhingga positif.

Mengikat pengamatan ini bersama-sama, penambahan tropis kira-kira terkait dengan penambahan reguler melalui logaritma:

yang menjadi lebih akurat dengan bertambahnya basis logaritma. Perkiraan dapat dibuat eksak dengan mengekstraksi konstanta h, dinamai dengan analogi dengan konstanta Planck dari mekanika kuantum, dan mengambil "batas klasik" sebagai h cenderung nol:

Dalam hal ini, operasi maksimum adalah versi penambahan yang terdekuantisasi.

Cara lain untuk penambahan
Kenaikan, juga dikenal sebagai operasi penerus, adalah penambahan  ke suatu bilangan.

Penjumlahan menjelaskan penambahan banyak angka secara arbitrer, biasanya lebih dari dua. Ini mencakup gagasan tentang jumlah satu bilangan, yaitu bilangan itu sendiri, dan jumlah kosong, yaitu nol. Penjumlahan tak hingga adalah prosedur rumit yang dikenal sebagai deret.

Mencacah himpunan hingga setara dengan menjumlahkan 1 atas himpunan.

Integrasi adalah semacam "penjumlahan" pada kontinum, atau lebih tepatnya dan secara umum, pada manifold terdiferensiasi. Integrasi pada lipatan nol-dimensi direduksi menjadi penjumlahan.

Kombinasi linear menggabungkan perkalian dan penjumlahan; ia adalah jumlah di mana setiap istilah memiliki pengali, biasanya riil atau kompleks. Kombinasi linear sangat berguna dalam konteks di mana penambahan langsung akan melanggar beberapa aturan normalisasi, seperti campuran dari strategi dalam teori permainan atau superposisi dari keadaan dalam mekanika kuantum.

Konvolusi digunakan untuk menambahkan dua variabel acak independen yang ditentukan oleh fungsi distribusi. Definisi yang biasa menggabungkan integrasi, pengurangan, dan perkalian. Secara umum, konvolusi berguna sebagai semacam penambahan sisi domain; sebaliknya, penambahan vektor adalah semacam penambahan sisi jangkauan.

Lihat pula
 Aritmetika mental
 Penjumlahan paralel (matematika)
 Aritmetika verbal (juga dikenal sebagai kriptoaritma), teka-teki yang melibatkan penjumlahan

Catatan

Catatan kaki

Referensi

Sejarah
 
 
 
 

Matematika elementer
 

Pendidikan
 
 California State Board of Education mathematics content standards Adopted December 1997, accessed December 2005.
 
 
 

Ilmu kognitif
 
 

Eksposisi matematika
 
 
 
 
 
 

Matematika tingkat lanjut
 
 
 
 
 
 
 
 

Penelitian matematika
 
 
 Litvinov, Grigory; Maslov, Victor; Sobolevskii, Andreii (1999). Idempotent mathematics and interval analysis. Reliable Computing, Kluwer.
 
 
 

Komputasi

Bacaan lebih lanjut
 
 
 
 
 

 
Aritmetika Dasar
Notasi matematika
Artikel dengan contoh kode C