이항 연산(二項 演算, binary operation)이란 두 개의 연산자와 한 개의 피 연산자를 가지는 연산을 말한다. 대표적인 예로 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈과 같은 산술의 연산, 즉 사칙연산이 있다.
좀 더 정확한 수학적 정의에 따르면, 집합 S에 대한 이항연산은 곱집합 S × S에서 집합 S로 가는 함수 f이다.
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