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史老师讲奥数鸡兔同笼(我和数学史有个约会)

史老师讲奥数鸡兔同笼(我和数学史有个约会)图5/有记载的古埃及记数 (数字位于左数第四列 )“ 图4 / 埃及象形数字 ”随着生产和文化的发展,人们需要记录的数值变大,画线记数变得不那么方便。于是开始引入专门的符号表示个别数字。每个数字,就像每个词一样,可以用专门的符号或字表示。比如,中国的象形数字。“ 图3 / 中国象形数字 ”大约4000年前,古埃及人使用另外的符号和象形文字来表示数字(图4、5)。用形似小木棍的符号表示1个单位,用类似于两只手臂的形状表示“十”,卷起的棕榈叶表示“百”,莲花表示“千”,是数量很多的象征,用青蛙的形状表示“十万”,因为尼罗河春汛期青蛙数量特别多。

书面记数法

不管一个数值有多大,都可以用十个数字符号表示出来:1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。与运算法则一样,数字也不是某一个人在短时间内想象或是创造出来的。现代数字历时几个世纪才形成,它的记法随着文字的不断发展进行完善。

最初在字母尚未出现的时候,人们虽然有计数的需要,但是开始还不会用一、二、三……这些数词来数物体的个数。只知道“同样多”、“多”或“少”。人们只能借助一些其他物品,在山岩上、洞穴墙上和石头上刻画来表达想法,在树干、树枝上刻痕或是在绳子上打结来记数。随后人们用一条短线表示“一”,两条短线表示“二”,三条短线为“三”等等。这种数字记法在罗马数字体系可略见一斑:I、Ⅱ、Ⅲ。

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“ 图1 / 古代表示数字的绳结 ”

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图2/结绳记数 16世纪南美原住民(印加人)一名司库员,手里是用于记数打结的绳子,左下角为记数板

随着生产和文化的发展,人们需要记录的数值变大,画线记数变得不那么方便。于是开始引入专门的符号表示个别数字。每个数字,就像每个词一样,可以用专门的符号或字表示。比如,中国的象形数字。

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“ 图3 / 中国象形数字 ”

大约4000年前,古埃及人使用另外的符号和象形文字来表示数字(图4、5)。用形似小木棍的符号表示1个单位,用类似于两只手臂的形状表示“十”,卷起的棕榈叶表示“百”,莲花表示“千”,是数量很多的象征,用青蛙的形状表示“十万”,因为尼罗河春汛期青蛙数量特别多。

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“ 图4 / 埃及象形数字 ”

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图5/有记载的古埃及记数 (数字位于左数第四列 )

随后,某些音拥有了特定的意义,也就是字母。人们曾一度用字母来表示数字,比如古希腊人、斯拉夫人和其他种族的人(图6、7)。

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图6 / 哥特人用来表示数字的字母

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“图7 / 不同种族的字母命数法”

为了将字母和数字区分开,斯拉夫人在表示数字的字母上添加了特殊的符号“ ҃ ”,称为titlo(略语符号)。这种字母记数法随着时间的推移也显露出它的不便性。出于现实生活的需要及生产贸易的发展,更加简便的现代数字和现代书面记数法应运而生。

大家对罗马数字都比较熟悉:

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这七个数字符号中有几个是由字母充当的,字母M表示“千”。例如:38784用罗马数字需表示成XXXVIIImDCCLXXXIV。与现在通用的十进位数字相比,罗马数字的缺点在于:书写冗长,无法表达乘除的关系,所有的运算都要经过心算。因为每个罗马数字符号表示的数量不受位置影响,所以即便只进行读数,也需要口算加减法才能得出。

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比如,V在 VI 和 IV 中都代表5个单位(图8)。而在现代数码中,不仅是数字的形状及轮廓具有意义,数字的位置也同样有意义。例如,在“15”这个数字中,符号“5”表示的是“5个单位”,但在“53”这个数字中,符号“5”表示的是“5个十”,也就是“50个单位”。这也是为什么我们现在采用的计数制被称为“位值制”的原因。

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进位制与现代数字一样,约1500年前产生于印度。这并不意味着,印度数字从一开始就是现在我们看到的样子。在长达几个世纪的过程中,古印度数字在各民族中代代相传,经历了数次变化,一直演变成了现代数字的样子(图9)。

史老师讲奥数鸡兔同笼(我和数学史有个约会)(11)

阿拉伯人从印度人手中沿用了印度数字和十进位制,随后又由阿拉伯人传播到欧洲,人们就误认为这些数字是阿拉伯人发明的,因此我们现在采用的数字被称为“阿拉伯数字”,其实更确切地说,应该称之为“印度数字”。

阿拉伯数字传入中国的时间为公元13-14世纪,被使用时间为19世纪下半叶。在这之前,普遍使用的是算筹记数(据考证,至少在2500多年前的春秋时代,我国古人的算筹记法就已经相当完备了。这种表示数字的方法,无疑走在世界的前列),还有代表数字的汉字大写,罗马数字只在一些特殊情况下使用。

以古知今,追溯数学|我和数学史有个约会(一)

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