十進位值制、籌算和珠算

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中數(shù)學 來源: 高中學習網(wǎng)


我國古代數(shù)學以計算為主,取得了十分輝煌的成就。其中十進位值制記數(shù)法、籌算和珠算在數(shù)學發(fā)展中所起的作用和顯示出來的優(yōu)越性,在世界數(shù)學史上也是值得稱道的。

十進位值制記數(shù)法曾經(jīng)被馬克思(1818―1883)稱為“最妙的發(fā)明之一”。

從有文字記載開始,我國的記數(shù)法就遵循十進制。殷代的甲骨文和西周的鐘鼎文都是用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、萬等字的合文來記十萬以內的自然數(shù)的。例如二千六百五十六寫作■■■■(甲骨文),六百五十九寫作■■■■■(鐘鼎文)。這種記數(shù)法含有明顯的位值制意義,實際上,只要把“千”、“百”、“十”和“又”的字樣取消,便和位值制記數(shù)法基本一樣了。

春秋戰(zhàn)國時期是我國從奴隸制轉變到封建制的時期,生產的迅速發(fā)展和科學技術的進步提出了大量比較復雜的數(shù)字計算問題。為了適應這種需要,勞動人民創(chuàng)造了一種十分重要的計算方法──籌算。我們認為籌算是完成于春秋戰(zhàn)國時期,理由是:第一,春秋戰(zhàn)國時期,農業(yè)、商業(yè)和天文歷法方面有了飛躍的發(fā)展,在這些領域中,出現(xiàn)了大量比以前復雜得多的計算問題。由于井田制的廢除,各種形狀的私田相繼出現(xiàn),并相應實行按畝收稅的制度,這就需要計算復雜形狀的土地面積和產量;商業(yè)貿易的增加和貨幣的廣泛使用,提出了大量比例換算的問題;適應當時農業(yè)需要的厲法,要計算多位數(shù)的乘法和除法。為了解決這些復雜的計算問題,才創(chuàng)造出計算工具算籌和計算方法籌算。第二,現(xiàn)有的文獻和文物也證明籌算出現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國時期。例如“算”和“籌”二字出現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國時期的著作(如《儀禮》、《孫子》、《老子》、《法經(jīng)》、《管子》、《荀子》等)中,甲骨文和鐘鼎文中到現(xiàn)在仍沒有見到這兩個字。一二三以外的籌算數(shù)字最早出現(xiàn)在戰(zhàn)國時期的貨幣(刀、布)上。《老子》提到:“善計者不用籌策”,可見這時籌算已經(jīng)比較普遍了。因此我們說籌算是完成于春秋戰(zhàn)國時期。這并不否認在春秋戰(zhàn)國時期以前就有簡單的算籌記數(shù)和簡單的四則運算。

關于算籌形狀和大小,最早見于《漢書?律歷志》。根據(jù)記載,算籌是直徑一分(合○?二三厘米)、長六寸(合一三?八六厘米)的圓形竹棍,以二百七十一根為一“握”。南北朝時期公元六世紀《數(shù)術記遺》和《隋書?律歷志》記載的算籌,長度縮短,并且把圓的改成方的或扁的。這種改變是容易理解的:長度縮短是為了縮小布算所占的面積,以適應更加復雜的計算;圓的改成方的或扁的是為了避免圓形算籌容易滾動而造成錯誤。根據(jù)文獻的記載,算籌除竹籌外,還有木籌、鐵籌、玉籌和牙籌,還有盛裝算籌的算袋和算子筒。唐代曾經(jīng)規(guī)定,文武官員必須攜帶算袋。1971年八月中旬,在陜西寶雞市千陽縣第一次發(fā)現(xiàn)西漢宣帝時期(公元前73年到前49年)的骨制算籌三十多根,大小長短和《漢書?律歷志》的記載基本相同。1975年上半年在湖北江陵鳳凰山一六八號漢墓又發(fā)現(xiàn)西漢文帝時期(公元前179年到前157年)的竹制算籌一束,長度比千陽縣發(fā)現(xiàn)的算籌稍大一點。1980年九月,在石家莊市又發(fā)現(xiàn)東漢初期(公元一世紀)的骨制算籌約三十根,長度和形狀同《隋書?律歷志》的記載相近,這說明算籌長度和形狀的改變早在東漢初期已經(jīng)開始。算籌的出土,為研究我國數(shù)學發(fā)展史提供了可貴的實物資料。


從而進行加、減、乘、除、開方以及其他的代數(shù)計算。

籌算一出現(xiàn),就嚴格遵循十進位值制記數(shù)法。九以上的數(shù)就進一位,同一個數(shù)字放在百位就是幾百,放在萬位就是幾萬。這種記數(shù)法,除所用的數(shù)字和現(xiàn)今通用的印度-阿拉伯數(shù)字形式不同外,和現(xiàn)在的記數(shù)法實質是一樣的;I算是把算籌一面擺成數(shù)字,一面進行計算,它的運算程序和現(xiàn)今珠算的運算程序基本相似。記述籌算記數(shù)法和運算法則的著作有《孫子算經(jīng)》(公元四世紀)、《夏侯陽算經(jīng)》(公元五世紀)和《數(shù)術記遺》(公元六世紀)。負數(shù)出現(xiàn)后,算籌分成紅黑兩種,紅籌表示正數(shù),黑籌表示負數(shù)。算籌還可以表示各種代數(shù)式,進行各種代數(shù)運算,方法和現(xiàn)今的分離系數(shù)法相似。我國古代在數(shù)字計算和代數(shù)學方面取得的輝煌成就,和籌算有密切的關系。例如祖沖之的圓周率準確到小數(shù)第六位,需要計算正一萬二千二百八十八邊形的邊長,把一個九位數(shù)進行二十二次開平方(加、減、乘、除步驟除外),如果沒有十進位值制的計算方法,那就會困難得多了。

古巴比侖的記數(shù)法雖然有位值制的意義,但是它是六十進的,計算比較繁瑣。古埃及的數(shù)字從一到十只有兩個數(shù)字符號,從一百到一千萬有四個數(shù)字符號,而且是象形的,例如用一個鳥表示十萬。文化比較發(fā)達的古希臘,由于看重幾何,輕視計算,記數(shù)方法十分落后,用全部希臘字母表示一到一

民創(chuàng)造的,但是印度在公元三世紀以前使用的記數(shù)法是希臘式和羅馬式兩種,都不是位值制,真正使用十進位值制記數(shù)法出現(xiàn)在公元六世紀末。由此可見,我國古代的十進位值制記數(shù)法和籌算,在世界數(shù)學史上應該占有重要的地位。

籌算在我國古代用了大約兩千年,在生產和科學技術以至人民生活中,發(fā)揮了重大的作用。但是它的缺點也是十分明顯的:首先,在室外拿著一大把算籌進行計算就很不方便;其次,計算數(shù)字的位數(shù)越多,所需要的面積越大,受環(huán)境和條件的限制;此外,當計算速度加快的時候,很容易由于算籌擺弄不正而造成錯誤。隨著社會的發(fā)展,計算技術要求越來越高,籌算需要改革,這是勢在必行的。這個改革從中唐以后的商業(yè)實用算術開始,經(jīng)宋元出現(xiàn)大量的計算歌訣,到元末明初珠算的普遍應用,歷時七百多年!缎绿茣泛汀端问?藝文志》記載了這個時期出現(xiàn)的大量著作。由于封建統(tǒng)治階級對民間數(shù)學十分輕視,以致這些著作的絕大部分已經(jīng)失傳。從遺留下來的著作中可以看出,籌算的改革是從籌算的簡化開始而不是從工具改革開始的,這個改革最后導致珠算的出現(xiàn)。

珠算是由籌算演變而來的,這是十分清楚的;I算數(shù)字中,上面一根籌當五,下面一根籌當一,珠算盤中的上一珠也是當五,下一珠也是當一;由于籌算在乘、除法中出現(xiàn)某位數(shù)字等于十或多于十的情形(例如26532÷8,

采用上二珠下五珠的形式。其次,我們可以證明,從楊輝、朱世杰開始到元末丁巨、何平子、賈亨止的除“起一”法外的全部現(xiàn)今通用的珠算歌訣,是為籌算而設的。楊輝的《乘除通變本末》(公元1274年)和朱世杰的《算學啟蒙》(公元1299年)已經(jīng)有相當完備的歌訣,但是楊輝在《乘除通變本末》中說:“下算不出‘橫’‘直’”,其中“橫”“直”顯然是指算籌的縱橫排列;朱世杰在《算學啟蒙》中提到“知算縱橫數(shù)目真”,也是這個意思。《丁巨算法》(公元1355年)、何平子的《詳明算法》(公元1373年)、賈亨的《算法全能》(約公元1373年)也有相當完備的歸除歌訣,但是都沒有提到珠算,而《詳明算法》還有許多籌算算草。歌訣出現(xiàn)后,籌算原來存在的缺點就更突出了,歌訣的快捷和擺弄算籌的遲緩存在矛盾。為了得心應手,勞動人民便創(chuàng)造出更加先進的計算工具──珠算盤。

現(xiàn)存文獻中最早提到珠算盤的是明初的《對相四言》。明代中期公元十五世紀中葉《魯班木經(jīng)》中有制造珠算盤的規(guī)格:“算盤式:一尺二寸長,四寸二分大。框六分厚,九分大,……線上二子,一寸一分;線下五子,三寸一分。長短大小,看子而做!卑焉隙雍拖挛遄痈糸_的不是木制的橫梁,而是一條線。比較詳細地說明珠算用法的現(xiàn)存著作有徐心魯?shù)摹侗P珠算法》(公元1573年)、柯尚遷的《數(shù)學通軌》(公元1578年)、朱載?(1536―1611)的《算學新說》(公元1584年)、程大位的《直指算法統(tǒng)宗》(公元1592年)等,以程大位的著作流傳最廣。

值得指出的是,在元代中葉和元末的文學、戲劇作品中有提到珠算的。例如元世祖至元十六年(公元1279年)劉因在他的《靜修先生文集》中有一首關于算盤的五言絕詩;陶宗儀在他的《輟耕錄》中把婢仆貶作算盤珠,要撥才動;《元曲選》“龐居士誤放來生債”提到“去那算盤里撥了我的歲數(shù)”,等等。文學、戲劇中用算盤珠作比喻,說明珠算盤已經(jīng)比較流行,也說明它是比較時新的東西。因此可以認為,珠算出現(xiàn)在元代中葉,元末明初已經(jīng)普遍應用了。

有的外國學者認為我國的珠算出現(xiàn)在漢代,他們的根據(jù)是漢徐岳著、北周甄鸞注的《數(shù)術記遺》已經(jīng)明確提到珠算。我國數(shù)學家、數(shù)學史家錢寶琮(1892―1974)曾經(jīng)考證過,《數(shù)術記遺》是甄鸞依托偽造而自己注釋的書。在北周時,乘、除運算都在上、中、下三層進行,又沒有簡化乘、除法的歌訣,因此甄鸞注釋的珠算,充其量不過是一種記數(shù)工具或者只能作加減法的簡單算盤,和后來出現(xiàn)的珠算是完全不同的。

珠算還傳到朝鮮、日本等國,對這些國家的計算技術的發(fā)展曾經(jīng)起過一定的作用。日本人在十七世紀中葉,在中國算盤的基礎上,改成梁上一珠、珠作棱形的日本算盤。


本文來自:逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaozhong/171184.html

相關閱讀:高中數(shù)學學習注意哪些事項