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中國在沒有引入阿拉伯數(shù)字前,古人怎么書寫算式解答數(shù)學問題?

 小小收長庫 2023-02-19 發(fā)布于山東

漢字里表示數(shù)字的常用字有:〇、一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、萬、億、兆。

對應的大寫分別是:零、壹、貳、叁、肆、伍、陸、柒、捌、玖、拾、佰、仟、萬、億、兆。

比兆更大的數(shù)字單位有京、垓、秭、穰、溝、澗、正、載、極,不過,它們并不常用。

當然,漢字還有一些特殊的數(shù)字符號,如,廿(niàn,代表20)、卅(,代表30)、卌(,代表40、圩(讀xū,代表50)、圓(讀yuán,代表60)、 進(讀jìn,代表70)、枯(讀kū,代表80)、枠(讀huà,代表90)、皕(,代表200)。

中華先民發(fā)明的這些漢字,足夠表示天地間的任何一個數(shù)字,至今仍在使用。

比起漢字計數(shù),用阿拉伯數(shù)字來計數(shù)就簡單得多。阿拉伯數(shù)字采用十進制運算方式,書寫起來很方便,從2300多年前被發(fā)明出來后,很快流行于全世界。

阿拉伯數(shù)字又叫印度數(shù)字,是由古印度人在3世紀發(fā)明,后來由阿拉伯人傳入歐洲,歐洲人便給其取名阿拉伯數(shù)字。阿拉伯數(shù)字0、1、2、3、4、5、67、89十個符號組成,世界上任何數(shù)字都能用它們表示出來。

唐朝中期,阿拉伯數(shù)字跟隨佛教傳入了中國。不過,當時的中國有自己完善的計數(shù)系統(tǒng)和數(shù)學算式,并沒有接受阿拉伯數(shù)字。直到清末民初,在新文化的洗禮下,阿拉伯數(shù)字才被國人熟知和接受。

那么,在數(shù)千年時間里,沒有阿拉伯數(shù)字,中國人又是如何書寫復雜的數(shù)學算式,以及解答數(shù)學問題的呢?

不論是原始社會的“結繩記事”還是“書契記數(shù)”,在歷史上的應用時間都很短,對一些復雜的數(shù)學問題都顯得鞭長莫及。

中國古代計算工具和計算方法,應用最廣,流傳時間最長無疑籌算和珠算。

“籌算”是古代中國人的一項偉大發(fā)明,具體發(fā)明于何時,目前還沒有具體的說法。

老子在《道德經(jīng)》二十七章里說到:善行無轍跡,善言無瑕謫,善數(shù)不用籌策,善閉無關楗而不可開,善結無繩約而不可解。

第三句里的“籌策”指的就是“籌算”,說明中國人在春秋戰(zhàn)國時期就善于用籌算來解決算術問題。

籌算有專門的計算工具,稱作“算籌”,用竹棍或者小木棒制作。

《漢書·律歷志》里關于算籌的形狀與大小的記載這樣寫道:其算法用竹,徑一分,長六寸,二百七十一枚而成六觚,為一握。

意思是說,西漢算籌用竹棍做成,直徑大約是0.23厘米,長約13.86厘米,通常把二百七十一枚算籌捆成六角形的捆,構成一組。

用籌算計算時,通過擺放和變換竹棍的位置,就能計數(shù)和計算,使用起來很方便。

70后肯定有這樣的印象,上學前班時,老師會讓每個孩子準備10根一拃長的小木棍或竹棍,用皮筋扎住。進行簡單的加減乘除時,拿出棍子擺放和移動位置,就可以得出結果。這實際上是現(xiàn)代人對古代籌算在現(xiàn)代的傳承。

籌算的具體計算方法,在我國南北朝時期的數(shù)學著作《孫子算經(jīng)》里寫得很清楚凡算之法,先識其位,一縱十橫,百立千僵,千十相望,萬百相當。

意思是說:用籌算計算時要先辨識擺放竹棍的位置,擺放個位數(shù)時要豎著放,十位數(shù)要橫著放,百位數(shù)豎著放,千位數(shù)橫著放,萬位數(shù)豎著放,這樣交替著擺放就能表示出不同的數(shù)字,并演算出加減乘除的結果。

如果遇到零,則以空位來表示。

可以看出,古人用算籌表示數(shù)目,有豎列式和橫列式兩種方式。算籌不僅能表示正負整數(shù)分數(shù)的四則運算開方,還能表示各種特定籌式的演算。

利用算籌擺放的不同的“位置”來表示不同的“數(shù)值”,這是籌算的基本作用。同時,算籌具有十進位值制記數(shù)法”的功能,利用算籌擺放的不同的位置關系,排列成特定的籌式(數(shù)學模式),表示特定的數(shù)量關系,對人們在生活中的幫助很大。

《孫子算經(jīng)》里下卷第31題是一道著名的數(shù)學題,寫道:今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,問雉兔各幾何?答曰:雉二十三,兔一十二。

這道題也就是現(xiàn)代數(shù)學題“雞兔同籠”的雛形。

題的解法這樣寫道上置三十五頭,下置九十四足。半其足,得四十七,以少減多,再命之,上三除下三,上五除下五,下有一除上一,下有二除上二,即得。

又術曰:上置頭,下置足,半其足,以頭除足,以足除頭,即得。

文中所謂的上置”和“下置”,指的是將數(shù)字按照上下兩行擺在籌算盤上。

解法翻譯為:在算籌盤第一行放好頭的數(shù)目35,第二行放好腳的數(shù)目94。將腳數(shù)除以二,此時第一行是三十五,第二行是四十七。用較小的頭數(shù)減去較多的半腳數(shù),四十減去三十(上三除下四),七減去五(上五除下七)。此時下行是十二,三十五減十二(下一除上三,下二除上五)得二十三。此時第一行剩下的算籌就是雞的數(shù)目,第二行的算籌就是兔的數(shù)目。

另一種算法:第一行放頭的數(shù)目,第二行放腳的數(shù)目,將腳的數(shù)目除以二,從腳的數(shù)目的一半減去頭的數(shù)目,再從頭的數(shù)目減去剛才所獲得的結果,即得雞的數(shù)目。

這類經(jīng)典數(shù)學題在《孫子算經(jīng)》里很多,代表了古代中國人在數(shù)學領域的智慧和成就。

“珠算”顧名思義就是用算盤來解答各種數(shù)學問題,操作很方便,只要熟記珠算口訣,擁有一個算盤,就能進行加減乘除和開方等數(shù)學運算。“三下五除二”是最基本的加法口訣之一。

算盤是中國古代偉大的發(fā)明之一,其計算方法稱作珠算,由籌算演變而來,最早出現(xiàn)于漢,在阿拉伯數(shù)字出現(xiàn)之前,被看作是全世界最重要的計算方式。因為它操作靈活,攜帶方便,自出現(xiàn)后,在古代中國人的計算工具里扮演了重要角色,到明朝時,已經(jīng)完全替代了籌算,獨占古代計算方式的鰲頭

算盤之所以采用五珠”的設計方式,一是因為古代中國計算重量通常采用16兩制1斤等于16兩。算盤的上二下五珠,每一檔可計算到15”(上檔一個珠代表5,下檔一個珠代表1,這樣滿16時就向前一檔進一。

二是我國古代乘法通常采用留頭乘,將乘數(shù)首位留至最后再與被乘數(shù)相乘而得名。比如,235×586,計算順序:5×805×6,5×50030×80,30×6,30×500;200×80200×6,200×500。在珠算里,如果上一珠不夠用,就必須啟用二珠。

阿拉伯數(shù)字早在唐朝中期就傳入中國,中國人沒有接受它,有三個不得不說的原因。

其一,在數(shù)學應用領域,中國自古就有成熟的工具和方式,不需要阿拉伯數(shù)字來湊熱鬧。

中國在周朝發(fā)明了籌算,在東漢又發(fā)明了珠算,這兩種計算方式足夠應付日常生活,沒有必要用不熟悉的阿拉伯數(shù)字來演算數(shù)學。

其二,阿拉伯數(shù)字不夠嚴謹,寫出來容易被篡改。

阿拉伯數(shù)字寫出來后,很容易篡改原來的數(shù)字。比如,0容易被改成101容易被改成7,3容易被改成8。如果改變小數(shù)點的位置,數(shù)字將會發(fā)生巨大變化。

而漢字數(shù)字相對阿拉伯數(shù)字筆畫復雜得多,并且有對應的大寫,想涂改沒有可能,也就不可能出現(xiàn)做假賬的可能。

其三,阿拉伯數(shù)字跟古人的書寫習慣相悖。

漢字因為是方塊文字,不管用哪種方式書寫,看起來都很美觀。古人寫字時,往往自上而下,從右到左來寫。阿拉伯數(shù)字的特點是瘦長挺拔,從誕生之日起,寫法一直是從左到右橫寫,如果用寫漢字的方式來寫阿拉伯數(shù)字,顯然會影響整體的美觀性,在辨識度上也很困難。

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