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數(shù)學(xué)文化:我國(guó)古代珠算、籌算的歷史

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)資源 文章作者:奧數(shù)網(wǎng)整理 2019-06-03 22:13:47

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  我國(guó)古代數(shù)學(xué)以計(jì)算為主,取得了十分輝煌的成就。其中十進(jìn)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(lái)的優(yōu)越性,在世界數(shù)學(xué)史上也是值得稱道的。

  十進(jìn)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”①。

  從有文字記載開(kāi)始,我國(guó)的記數(shù)法就遵循十進(jìn)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(wàn)等字的合文來(lái)記十萬(wàn)以內(nèi)的自然數(shù)的。例如二千六百五十六寫(xiě)作(甲骨文),六百五十九寫(xiě)作(鐘鼎文)。這種記數(shù)法含有明顯的位值制意義,實(shí)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(guó)時(shí)期是我國(guó)從奴隸制轉(zhuǎn)變到封建制的時(shí)期,生產(chǎn)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步提出了大量比較復(fù)雜的數(shù)字計(jì)算問(wèn)題。為了適應(yīng)這種需要,勞動(dòng)人民創(chuàng)造了一種十分重要的計(jì)算方法——籌算。我們認(rèn)為籌算是完成千春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,理由是:第一,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(jì)算問(wèn)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(shí)行按畝收稅的制度,這就需要計(jì)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(wèn)題,適應(yīng)當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)需要的厲法,要計(jì)算多位數(shù)的乘法和除法。為了解決這些復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題,才創(chuàng)造出計(jì)算工具算籌和計(jì)算方法籌算。第二,現(xiàn)有的文獻(xiàn)和文物也證明籌算出現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。例如“算”和“籌”二字出現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(méi)有見(jiàn)到這兩個(gè)字。一二三以外的籌算數(shù)字最早出現(xiàn)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的貨幣(刀、布)上。《老子》提到:“善計(jì)者不用籌策”,可見(jiàn)這時(shí)籌算已經(jīng)比較普遍了。因此我們說(shuō)籌算是完成干春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。這并不否認(rèn)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期以前就有簡(jiǎn)單的算籌記數(shù)和簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算。

  關(guān)于算籌形狀和大小,最早見(jiàn)于《漢書(shū)·律歷志》。根據(jù)記載,算籌是直徑一分(合○·二三厘米)、長(zhǎng)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(shí)期公元六世紀(jì)《數(shù)術(shù)記遺》和《隋書(shū)·律歷志》記載的算籌,長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)算;圓的改戌方的或扁的是為了避免圓形算籌容易滾動(dòng)而造成錯(cuò)誤。根據(jù)文獻(xiàn)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(yáng)縣第一次發(fā)現(xiàn)西漢宣帝時(shí)期(公元前73年到前49年)的骨制算籌三十多根,大小長(zhǎng)短和《漢書(shū)·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(hào)漢墓又發(fā)現(xiàn)西漢文帝時(shí)期(公元前179年到前157年)的竹制算籌一束,長(zhǎng)度比千陽(yáng)縣發(fā)現(xiàn)的算籌稍大一點(diǎn)。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(zhǎng)度和形狀同《隋書(shū)·律歷志》的記載相近,這說(shuō)明算籌長(zhǎng)度和形狀的改變?cè)缭跂|漢初期:已經(jīng)開(kāi)始。算籌的出土,為研究我國(guó)數(shù)學(xué)發(fā)展史提供了可貴的實(shí)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(shí)候用空位表示),從而進(jìn)行加、減、乘、除、開(kāi)方以及其他的代數(shù)計(jì)算。

  籌算一出現(xiàn),就嚴(yán)格遵循十進(jìn)位值制記數(shù)法。九以上的數(shù)就進(jìn)一位,同一個(gè)數(shù)字放在百位就是幾百,放在萬(wàn)位就是幾萬(wàn)。

  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(shí)質(zhì)是一樣偽;I算是把算籌一面擺成數(shù)字,一面進(jìn)行計(jì)算,它的運(yùn)算程序和現(xiàn)今珠算的運(yùn)算程序基本相似。記述籌算記數(shù)法和運(yùn)算法則的著作有《孫子算經(jīng)》(公元四世紀(jì))、《夏侯陽(yáng)算經(jīng)》(公元五世紀(jì))和《數(shù)術(shù)記遺》(公元六世紀(jì))。負(fù)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(fù)數(shù)。算籌還可以表示各種代數(shù)式,進(jìn)行各種代數(shù)運(yùn)算,方法和現(xiàn)今的分離系數(shù)法相似。我國(guó)古代在數(shù)字計(jì)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(jì)算正一萬(wàn)二千二百八十八邊形的邊長(zhǎng),把一個(gè)九位數(shù)進(jìn)行二十二次開(kāi)平方(加、減、乘、除步驟除外),如果沒(méi)有十進(jìn)位值制的計(jì)算方法,那就會(huì)困難得多了。

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