中國古代的珠算與籌算
來源:奧數(shù)網(wǎng) 2016-07-15 14:13:52
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我國古代數(shù)學(xué)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(xué)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(xué)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(nèi)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(zhuǎn)變到封建制的時期,生產(chǎn)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步提出了大量比較復(fù)雜的數(shù)字計算問題。為了適應(yīng)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千春秋戰(zhàn)國時期,理由是:第一,春秋戰(zhàn)國時期,農(nóng)業(yè)、商業(yè)和天文歷法方面有了飛躍的發(fā)展,在這些領(lǐng)域中,出現(xiàn)了大量比以前復(fù)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(yīng)實行按畝收稅的制度,這就需要計算復(fù)雜形狀的土地面積和產(chǎn)量:商業(yè)貿(mào)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(yīng)當(dāng)時農(nóng)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(fù)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!独献印诽岬剑“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干春秋戰(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(guān)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(jì)《數(shù)術(shù)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(yīng)更加復(fù)雜的計算;圓的改戌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(jì))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(xué)發(fā)展史提供了可貴的實物資料。
籌算是以算籌作工具,擺成縱式的()和橫式的()兩種數(shù)字,按照縱橫相間(“一縱十橫,百立千僵”)的原則表示任何自然數(shù)(如六千七百零八表示為,遇到零的時候用空位表示),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。
算籌記數(shù)示意圖。圖上表示的數(shù)是一千九百七十一。
這種記數(shù)法,除所用的數(shù)字和現(xiàn)今通用的印度一阿拉伯?dāng)?shù)字形式不同外,和現(xiàn)在的記數(shù)法實質(zhì)是一樣偽;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(jì))、《夏侯陽算經(jīng)》(公元五世紀(jì))和《數(shù)術(shù)記遺》(公元六世紀(jì))。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(xué)方面取得的輝煌成就,和籌算有密切的關(guān)系。例如祖沖之的圓周率準(zhǔn)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。
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