中國科技史 | 算籌

2021-02-08 吉林科普微窗

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中國古代具有代數學和數字書寫等方面的聰明才智。中國古代的數字寫法經歷了幾個世紀的逐漸發展,並在公元前3世紀使用了位值制計數法之後實現了高度簡化。不管我們是否曾意識到,今日,在寫下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等數字的時候,位值制計數都會自動的出現在我們面前。我們用這些數字的位置來表示十和百等。他們是一目了然的,但並非所有文明世界都發現過這一點。那麼,試著只用數字本身來表示會怎樣呢?


算籌(圖片來源於網絡)


根據史書的記載和考古材料的發現,中國古代的算籌是一根根同樣長短和粗細的小棍子,一般長為13—14cm,徑粗0.2~0.3cm,多用竹子製成,也有用木頭、獸骨、象牙、金屬等材料製成的,大約二百七十幾枚為一束,放在一個布袋裡,系在腰部隨身攜帶。需要記數和計算的時候,就把它們取出來,放在桌上、炕上或地上都能擺弄。這些一根根不起眼的小棍子,在中國古代數學發展上是立有大功的。《孫子算經》記載,算籌記數法則是:凡算之法,先識其位,一縱十橫,百立千僵,千十相望,萬百相當。《夏陽侯算經》說:滿六以上,五在上方.六不積算,五不單張。


孫子算經。《孫子算經》是中國古代重要的數學著作。成書大約在四、五世紀,也就是大約一千五百年前,作者生平和編寫年不詳。傳本的《孫子算經》共三卷。卷上敘述算籌記數的縱橫相間制度和籌算乘除法,卷中舉例說明籌算分數算法和籌算開平方法。卷下第31題,可謂是後世「雞兔同籠」題的始祖,後來傳到日本,變成「鶴龜算」。(圖片來源於網絡)


在算籌計數法中,以縱橫兩種排列方式來表示單位數目的,其中1-5均分別以縱橫方式排列相應數目的算籌來表示,6-9則以上面的算籌再加下面相應的算籌來表示。表示多位數時,個位用縱式,十位用 橫式,百位用縱式,千位用橫式,以此類推,遇零則置空。這樣從右到左,縱橫相間,以此類推,就可以用算籌表示出任意大的自然數了。由於它位與位之間的縱橫變換,且每一位都有固定的擺法,所以既不會混淆,也不會錯位。這樣一種算籌記數法和現代通行的十進位制記數法是完全一致的。


算籌縱橫排列方式(圖片來源於網絡)


中國古代十進位制的算籌記數法,是世界數學史上一個偉大的創造。把它與世界其他古老民族的記數法作一比較,其優越性是顯而易見的。古羅馬的數字系統沒有位值制,只有七個基本符號,如要記稍大一點的數目就相當繁難。古美洲瑪雅人雖然懂得位值制,但用的是20進位;古巴比倫人也知道位值制,但用的是60進位。20進位至少需要19個數碼,60進位則需要59個數碼,這就使記數和運算變得十分繁複,遠不如只用9個數碼便可表示任意自然數的十進位制來得簡捷方便。中國古代數學之所以在計算方面取得許多卓越的成就,在一定程度上應該歸功於這一符合十進位制的算籌記數法。馬克思在他的《數學手稿》一書中稱十進位記數法為"最妙的發明之一",當然是一點也不過分。


參考資料:

1、百度百科:

https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%99%E5%AD%90%E7%AE%97%E7%BB%8F/4800686?fr=aladdin

2、百度百科:https://baike.baidu.com/item/%E7%AE%97%E7%AD%B9

3、《劍橋插圖世界科學史》


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