1. 古代的人如何运算数学的加减乘除
算筹
根据史书的记载和考古材料的发现,古代的算筹实际上是一根根同样长短和粗细的小棍子,一般长为13--14cm,径粗0.2~0.3cm,多用竹子制成,也有用木头、兽骨、象牙、金属等材料制成的,大约二百七十几枚为一束,放在一个布袋里,系在腰部随身携带。需要记数和计算的时候,就把它们取出来,放在桌上、炕上或地上都能摆弄。别看这些都是一根根不起眼的小棍子,在中国数学史上它们却是立有大功的。而它们的发明,也同样经历了一个漫长的历史发展过程。
在算筹计数法中,以纵横两种排列方式来表示单位数目的,其中1-5均分别以纵横方式排列相应数目的算筹来表示,6-9则以上面的算筹再加下面相应的算筹来表示。表示多位数时,个位用纵式,十位用横式,百位用纵式,千位用横式,以此类推,遇零则置空。这种计数法遵循十进位制。
算筹的出现年代已经不可考,但据史料推测,算筹最晚出现在春秋晚期战国初年(公元前722年~公元前221年),一直到算盘发明推广之前都是中国最重要的计算工具。
算筹的发明就是在以上这些记数方法的历史发展中逐渐产生的。它最早出现在何时,现在已经不可查考了,但至迟到春秋战国;算筹的使用已经非常普遍了。前面说过,算筹是一根根同样长短和粗细的小棍子,那么怎样用这些小棍子来表示各种各样的数目呢?
那么为什么又要有纵式和横式两种不同的摆法呢?这就是因为十进位制的需要了。所谓十进位制,又称十进位值制,包含有两方面的含义。其一是"十进制",即每满十数进一个单位,十个一进为十,十个十进为百,十个百进为千……其二是"位值制,即每个数码所表示的数值,不仅取决于这个数码本身,而且取决于它在记数中所处的位置。如同样是一个数码"2",放在个位上表示2,放在十位上就表示20,放在百位上就表示200,放在千位上就表示2000……在我国商代的文字记数系统中,就已经有了十进位值制的荫芽,到了算筹记数和运算时,就更是标准的十进位值制了。
按照中国古代的筹算规则,算筹记数的表示方法为:个位用纵式,十位用横式,百位再用纵式,千位再用横式,万位再用纵式……这样从右到左,纵横相间,以此类推,就可以用算筹表示出任意大的自然数了。由于它位与位之间的纵横变换,且每一位都有固定的摆法,所以既不会混淆,也不会错位。毫无疑问,这样一种算筹记数法和现代通行的十进位制记数法是完全一致的。
中国古代十进位制的算筹记数法在世界数学史上是一个伟大的创造。把它与世界其他古老民族的记数法作一比较,其优越性是显而易见的。古罗马的数字系统没有位值制,只有七个基本符号,如要记稍大一点的数目就相当繁难。古美洲玛雅人虽然懂得位值制,但用的是20进位;古巴比伦人也知道位值制,但用的是60进位。20进位至少需要19个数码,60进位则需要59个数码,这就使记数和运算变得十分繁复,远不如只用9个数码便可表示任意自然数的十进位制来得简捷方便。中国古代数学之所以在计算方面取得许多卓越的成就,在一定程度上应该归功于这一符合十进位制的算筹记数法。马克思在他的《数学手稿》一书中称十进位记数法为"最妙的发明之一",确实是一点也不过分的。
二进制思想的开创国
着名的哲学家数学家莱布尼茨(1646-1716)发明了对现代计算机系统有着重要意义的二进制,不过他认为在此之前,中国的《易经》中已经提到了有关二进制的初步思想。当代的许多科学家认为易经中并不含有复杂的二进制思想,可是这本中国古籍中的一些基本思想和二进制在很大程度上仍然有着千丝万缕的联系。
元始的《灵宝经》里面把阴阳定义为阳是自冬至到夏至的上升的气,阴为从夏至到冬至下降的气,这是对地球周期运动的最简练认识。阴阳是一种物质认识,后来转化为思想方式,反者道之动等等,都是这种思想的表现。从而开创了对立统一的思想方式,实际上计算机的电子脉冲的思想是与之一致的,采样定律也是与之一致的。
《易经》是我国伏羲、周文王等当政者积累观天测算经验而成的关于天象气象和人变易的经典,从八卦到六十四卦,就是二进制三位到六位表达,上世纪八十年代还有四位计算机,可以说,周文王的六十四卦在表达能力上已经高于四位计算机。
十进制的使用
《卜辞》中记载说,商代的人们已经学会用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万这13个单字记十万以内的任何数字,但是现在能够证实的当时最大的数字是三万。甲骨卜辞中还有奇数、偶数和倍数的概念。
十进位位值制记数法包括十进位和位值制两条原则,"十进"即满十进一;"位值"则是同一个数位在不同的位置上所表示的数值也就不同,如三位数"111",右边的"1"在个位上表示1个一,中间的"1"在十位上就表示1个十,左边的"1"在百位上则表示1个百。这样,就使极为困难的整数表示和演算变得如此简便易行,以至于人们往往忽略它对数学发展所起的关键作用。
我们有个成语叫"屈指可数",说明古代人数数确实是离不开手指的,而一般人的手指恰好有十个。因此十进制的使用似乎应该是极其自然的事。但实际情况并不尽然。在文明古国巴比伦使用的是60进位制(这一进位制到现在仍留有痕迹,如一分=60秒等)另外还有采用二十进位制的。古代埃及倒是很早就用10进位制,但他们却不知道位值制。所谓位值制就是一个数码表示什么数,要看它所在的位置而定。位值制是千百年来人类智慧的结晶。零是位值制记数法的精要所在。但它的出现却并非易事。我国是最早使用十进制记数法,且认识到进位制的国家。我们的口语或文字表达的数字也遵守这一原则,比如一百二十七。同时我们对0的认识最早。
十进制是中国人民的一项杰出创造,在世界数学史上有重要意义。着名的英国科学史学家李约瑟教授曾对中国商代记数法予以很高的评价,"如果没有这种十进制,就几乎不可能出现我们现在这个统一化的世界了",李约瑟说"总的说来,商代的数字系统比同一时代的古巴比伦和古埃及更为先进更为科学。"
分数和小数的最早运用
分数的应用
最初分数的出现,并非由除法而来。分数被看作一个整体的一部分。"分"在汉语中有"分开""分割"之意。后来运算过程中也出现了分数,它表示两整数比。分数的加减乘除运算我们小学就已完全掌握了。很简单,是不是?不过在七、八百年以前的欧洲,如果你有这种水平那么就可以说相当了不起了。那时精通自然数的四则运算就已达到了学者水平。至于分数,对当时人来说简直难于上青天。德国有句谚语形容一个人陷入绝境,就说:"掉到分数里去了"。为什么会如此呢?这都是笨拙的记数法导致的。在我国古代,《九章算术》中就有了系统的分数运算方法,这比欧洲大约早1400年。
西汉时期,张苍、耿寿昌等学者整理、删补自秦代以来的数学知识,编成了《九章算术》。在这本数学经典的《方田》章中,提出了完整的分数运算法则。
从后来刘徽所作的《九章算术注》可以知道,在《九章算术》中,讲到约分、合分(分数加法)、减分(分数减法)、乘分(分数乘法)、除分(分数除法)的法则,与我们现在的分数运算法则完全相同。另外,还记载了课分(比较分数大小)、平分(求分数的平均值)等关于分数的知识,是世界上最早的系统叙述分数的着作。
分数运算,大约在15世纪才在欧洲流行。欧洲人普遍认为,这种算法起源于印度。实际上,印度在七世纪婆罗门笈多的着作中才开始有分数运算法则,这些法则都与《九章算术》中介绍的法则相同。而刘徽的《九章算术注》成书于魏景元四年(263年),所以,即使与刘徽的时代相比,我们也要比印度早400年左右。
小数的最早使用
刘徽在《九章算术注》中介绍,开方不尽时用十进分数(徽数,即小数)去逼近,首先提出了关于十进小数的概念。到公元 1300年前后,元代刘瑾所着《律吕成书》中,已将106368.6312写成
把小数部分降低一行写在整数部分的后边。而西方的斯台汶直到1585年才有十进小数的概念,且他的表示方法远不如中国先进,如上述的小数,他记成或106368。
九九表的使用
作为启蒙教材,我们都背过九九乘法表:一一得一、一二得二……九九八十一。而古代是从"九九八十一"开始,因此称"九九表"。九九表的使用,对于完成乘法是大有帮助的。齐恒公纳贤的故事说明,到公元前7世纪时,九九歌诀已不希罕。也许有人认为这种成绩不值一提。但在古代埃及作乘法却要用倍乘的方式呢。举个例子。如算23×13,就需要从23开始,加倍得到23×2,23×4,23×8,然后注意到13=1+4+8,于是23+23×4+23×8加起来的结果就是23×13。从比较中不难看出使用九九表的优越性了。
根据考古专家在湖南张家界古人堤汉代遗址出土的简牍上发现的汉代"九九乘法表",竟与现今生活中使用的乘法口诀表有着惊人的一致。这枚记载有"九九乘法表"的简牍是木质的,大约有22厘米长,残损比较严重。此前在湘西里耶古城出土的一枚秦简上也发现了距今2200多年的乘法口诀表,并被考证为中国现今发现的最早的乘法口诀表实物。
除了里耶秦简外,与张家界古人堤遗址发现的这枚简牍样式基本一致的"九九乘法表"还曾在楼兰文书中见到过,那是写在两张残纸上的九九乘法表,为瑞典探险家斯文赫定在上个世纪初期发掘。
乘法表在古代并非中国一家独有,古巴比伦的泥版书上也有乘法表。但汉字(包括数目字)单音节发声的特点,使之读起来朗朗上口;后来发展起来的珠算口诀也承继了这一特点,对于运算速度的提高和算法的改进起到一定作用。
负数的使用
人们在解方程或其它数的运算过程中,往往要碰到从较小数减去较大数的情形,另外,还遇到了增加与减小,盈余与亏损等互为相反意义的量,这样,人们自然地引进了负数。
负数的引进,是中国古代数学家对数学的一个巨大贡献。在我国古代秦、汉时期的算经《九章算术》的第八章"方程"中,就自由地引入了负数,如负数出现在方程的系数和常数项中,把"卖(收入钱)"作为正,则"买(付出钱)"作为负,把"余钱"作为正,则"不足钱"作为负。在关于粮谷计算的问题中,是以益实(增加粮谷)为正,损实(减少粮谷)为负等,并且该书还指出:"两算得失相反,要以正负以名之"。当时是用算筹来进行计算的,所以在算筹中,相应地规定以红筹为正,黑筹为负;或将算筹直列作正,斜置作负。这样,遇到具有相反意义的量,就能用正负数明确地区别了。
在《九章算术》中,除了引进正负数的概念外,还完整地记载了正负数的运算法则,实际上是正负数加减法的运算法则,也就是书中解方程时用到的"正负术"即"同名相除,异名相益,正无入正之,负无入负之;其异名相除,同名相益,正无入正之,负无入负之。"这段话的前四句说的是正负数减法法则,后四句说的是正负数加法法则。它的意思是:同号两数相减,等于其绝对值相减;异号两数相减,等于其绝对值相加;零减正数得负数,零减负数得正数。异号两数相加,等于其绝对值相减;同号两数相加,等于其绝对值相加;零加正数得正数,零加负数得负数,当然,从现代数学观点看,古书中的文字叙述还不够严谨,但直到公元17世纪以前,这还是正负数加减运算最完整的叙述。
在国外,负数出现得很晚,直至公元1150年(比《九章算术》成书晚l千多年),印度人巴土卡洛首先提到了负数,而且在公元17世纪以前,许多数学家一直采取不承认的态度。如法国大数学家韦达,尽管在代数方面作出了巨大贡献,但他在解方程时却极力回避负数,并把负根统统舍去。有许多数学家由于把零看作"没有",他们不能理解比"没有"还要"少"的现象,因而认为负数是"荒谬的"。直到17世纪,笛卡儿创立了坐标系,负数获得了几何解释和实际意义,才逐渐得到了公认。
从上面可以看出,负数的引进,是我国古代数学家贡献给世界数学的一份宝贵财富。负数概念引进后,整数集和有理数集就完整地形成了。
圆周率的计算
圆周率是数学中最重要的常数之一。对它的计算,可以作为显示出一个国家古代数学发展的水平的尺度之一。而我国古代数学在这方面取得了令世人瞩目的成绩。
我国古代最初把圆周率取作3,这虽应用起来简便,但太不准确。在求准确圆周率值的征途中,首先迈出关键一步的是刘徽。他创立割圆术,用圆内接正多边形无限逼近圆而求取圆周率值。用这种方法他求得圆周率的近似值为3.14,也有人认为他得到了更好的结果:3.1416。青出于蓝,而胜于蓝。后继者祖冲之利用割圆术得出了正确的小数点后七位。而且他还给出了约率与密率。密率的发现是数学史上卓越的成就,保持了一千多年的世界纪录,是一项空前杰作。
2. 什么是《印度的计算术》
《印度的计算术》是一本专门讲述印度数码及其计算法的着作。书中花拉子密首先讲述了印度人使用9个数码和零号计数的方法。而后给出了四则运算的定义和法则,讲述了分数理论等。
《印度的计算术》是世界上第一部用阿拉伯文撰写的在伊斯兰国家介绍印度数码和计数法的着作,对于十进制计数法在中东和欧洲各国的传播和普及起到了关键作用。12世纪,此书传入欧洲,对于欧洲数学的发展产生了重大影响。印度数码逐渐代替了希腊字母计数系统和罗马数字,最终成为世界通用的数码。
3. 为什么用印度心算口决15x15的运算方式答案不对呢其它数子都可以成立,为什么遇5相乘的就不成立,能
印度心算法步骤:
第一步,先把被乘数与乘数的个位相加: 15+5=20,
第二步,把第一步得到的数乘以10:20×10=200,
第三步,把被乘数的个位数与乘数的个位数相乘: 5×5=25,
第四步,把第二步的数和第三步的数相加就得到答案了:20+25=225。
算出来是对啊。
4. 印度数学加法很神奇,为何却不被广泛采用
印度数学加法很神奇,主要是因为他们那里的加法和我们中国的加法是不一样的,所以我们看了印度的加法之后,就觉得印度的加法比较神奇。其实各个国家的加法都是不一样的,印度的加法虽然神奇,但是不同的国家也有不同国家的一套算数的体系,所以也不能够因为印度的加法神奇,其他国家就将他们国家的算数体系给放弃,全部照搬他人的。所以印度的数学加法很神奇,只不过在印度周边推广而已,推广不到全世界的,有些地方对它不是很接受。
我们国家有些书店也会出售出版印度的启蒙数学书,这些数学书中也都记载了印度神奇的加法,所以印度还是在积极推广他们国家的加法的,而且有些家长也非常认同印度的教学模式。因此印度一直在推广,只不过是推广的范围有限,没有推广到全世界而已,所以有些地方你还是能够接触到的。
5. 印度两位数乘法的速算技巧
(第一个个位+第二个个位+十位数字*10)*十位数字*10+第一个个位*第二个个位
此法为印度的两位数算法,只限于十位相同的数字。
例如:13 × 12 = ?(被乘数) (乘数)
第一步:先把“13”跟乘数的个位数“2”加起来,13+2=15。
第二步:然后把第一步的答案乘以10(也就是说后面加个0)。
第三步:再把被乘数的个位数“3”乘以乘数的个位数“2”,2×3=6。
第四步:(13+2)×10+6=156。
就这样,用心算就可以很快地算出11×11到19×19的乘法。
印度数学之加减法:
在印度数学中,加法是从左往右进行的,和我国的从右往左不太一样。都是需要考虑进位问题,但为何能说印度数学比国内的快呢?就是因为其从左往右进行的,每算出一位就能直接报出来,快速将每个位的结果组成答案。
相比于国内的从右往左的,没得出最高位的结果,答案都不可能出来的模式,肯定要快上不少。具体方法就是从高位起算,每个位数得出结果后根据下一位结果考虑是否加一,并依次进行下去。
和上面类似,唯一不同的就是在计算时,是根据下一位结果考虑减一,而不是加一。当然,在减法中也有些转化技巧的。
如85-18=(80+5)-(20-2)=(80-20)+(5+2)=60+7=67。
其实就是交换、结合律的运用。个人觉得,对于如此简单的计算还要花心思去使用技巧,得不偿失,故不推荐对简单的计算使用技巧。多位数的可以使用。
6. 印度乘法计算方法图解
印度的十九乘法法则中可以看出,如果是十几乘十几的法则步骤:1先把被乘数加上乘数的各位数的和,乘以10在加上两个各位数相乘的和算出。由此可以推算出二十几的乘法步骤,1先把被乘数加上乘数的各位数的和,乘以20在加上两个各位数相乘的和算出。
对于不少小学生来说,背诵九九乘法表是一个艰巨任务,但你不知道的是,当国内小学生还在背9×9乘法表的时候,印度的小孩子都会背诵19×19乘法表了。
也有网友调侃“当印度的小孩在背19x19乘法表时,中国的小孩背完了九九乘法表,美国的小孩还在做十以内加减法练习……这就叫差距…”,还有人轻叹:三哥果然是开挂的民族。
13是被乘数、12是乘数,印度人是这样算的:
第 1 步:先把“13”跟乘数的个位数“2”加起来,13+2=15
第 2 步:然后把第 1 步的答案乘以10(→也就是说后面加个0)
第 3 步:再把被乘数的个位数“3”乘以乘数的个位数“2”,2×3=6第 4 步:(13+2)×10+6=156
7. 加法运算律是什么
加法运算律有以下这些:
1、加法的交换律 a+b=b+a;
2、加法的结合律 a+(b+c)=(a+b)+c;
3、存在数0,使 0+a=a+0=a;
4、对任意有理数a,存在一个加法逆元,记作-a,使a+(-a)=(-a)+a=0;
有理数加法运算法则:
1、同号两数相加,取相同的符号,并把绝对值相加。
2、绝对值不同的异号两数相加,取绝对值较大的加数的符号,并用较大的绝对值减去较小的绝对值,互为相反数的两数相加得0。
3、一个数和0相加,仍得这个数。
(7)印度加法运算怎么样扩展阅读:
加法是基本的四则运算之一,它是指将两个或者两个以上的数、量合起来,变成一个数、量的计算。表达加法的符号为加号“+”。进行加法时以加号将各项连接起来。
加法是算术的四个基本操作之一,其余的是减法,乘法和除法。
在一般加法中的数字被统称为加数,结果称为总和;加法就是把这么多的加数都转移到总和中去。这与要倍增的因素区分开来。
8. 为什么“加减乘”是从低位往高位进行运算的,而除是从高位往低位进行运算(这个问题困扰我好多年了)
笔算低位算起来自欧洲,不只是进位要改写数字,当年欧洲人推崇笔算,我们可以理解:那是因为在欧洲,不只是由于阿拉伯数码和笔算的引入大发简化了运算(与用罗马数字进行计算相比),从而推动了数学的快速发展。而是欧洲有些国家3位数读数是先读百再读个再读十,2位读数先个再十,这是我从来自德国、比利时的学生家长中了解到的,无论是来自美国、日本、韩国大多是国家的学生和中国一样都是高到低读数。清末全盘搬进西洋学制、课程知识结构,全盘西化,学校数学课中全部采用笔算,不符合中国和世界上大多数国家的国情。数字一元思维,珠码是二元思维,用脑部位不一样,思维效果不一样,效果是硬道理。
沈松年评论原文地址:从高位起算和低位起算谈起作者:心算从高位起算和低位起算谈起 刘芹英
经常听到一些数学老师说:孩子学过珠心算后再上学,在计算时会产生困惑?因为珠算是从高位算起,而学校数学课上所学的笔算是从低位算起,学生先学过高位算起,又学习低位算起,学生就容易产生困惑。因此,很多小学数学老师就以此为由来反对学习珠心算。下面就从数学历史发展的角度来谈高位算起与低位算起。
一、 笔算的形成
印度创造了易写的数码,即我们现在所称的阿拉伯数码。(该数码实际上是印度人创造的。只因在历史上,该数码是从阿拉伯国家传入欧洲的,欧洲人就称为阿拉伯数码,传遍世界)。印度运用此数码于计算,就有了一定的笔算形式;经过各国各地人们的不断改进,成为今天人人熟知的笔算。
这种数码在8世纪时开始传入伊斯兰国家。那时阿拉伯的文化中心有两个:一个是东阿拉伯的巴格达,一是西阿拉伯的科尔多瓦(Cordoba,西班牙南部)。当时没有印刷术,书籍全凭抄写,字体因人因地而异。也可能是因为通过不同的途径传播,东、西部数码的写法有很大区别。经过若干年的演变,差异越来越大。东阿拉伯的字体渐渐固定下来,形成一种独特的数码,至今很多伊斯兰国家仍在使用。西阿拉伯的数码较接近现今的世界通用数码,在13世纪初由斐波那契介绍到欧洲。他在《算盘书》(Liber abaci)的开头就提出了带0号的印度—阿拉伯数码:“这里是九个印度数码 987654321,用这九个数码,加上阿拉伯人称之为零(zephirum)的符号0,任何数都可以写出来。”[1]按照阿拉伯人的习惯,文字和数字是从左向右读的。斐波那契的《算盘书》使印度—阿拉伯数码得以推广和流行,对于改变欧洲数学的面貌起了极为重要的作用。
由阿拉伯数码形成的“笔算”,实际上只是一种记录形式。因为“笔”本身是不会计算的,我们通常所说的笔算实际上就是笔录题目,数字适当对位,逐位口算(心算)出结果,再用阿拉伯数码记录下来。简言之:笔算就是口算加笔录。因为阿拉伯数码的最大优点是:大多可以一笔(除4和5外)写出。所以用它笔录显得简便。
二、笔算低位算起的来历
由于珠算是从高位算起,笔算是从低位算起,很多人就把笔算作为衡量一种算法好坏的标准,认为与笔算不一致的算法就不好。其实,在笔算形成的初期,其加减乘除都是从高位算起的;就是现在,笔算的除法仍然是从高位算起。从笔算的演变和发展过程中,就可以看出:笔算的加减算和乘算也是从高位算起的,只是遇到进位时,需要改写前面的数字,因此,笔算中的加减算和乘算才逐步改为低位算起。从下面的算式就可以看出:
例如:65 391 + 3 279 + 10 420 = 79 090
在当时的印度,其计算过程是: 65 391
3 279
10 420
78/ 98/0
9 09
这是印度12世纪沙盘上的加法[2],就仍保留这从高位算起的程式。这也证实了笔算的加减算形成的初期也是从高位算起的,在计算过程中,为了避免不停地改写阿拉伯数码的麻烦,才逐渐改为低位算起。至于乘算就不再举例子了。
三、笔算与用罗马数字计算的对比
凭借罗马数字,是把数码符号集拢起来,如何集拢,很麻烦;例如,上面算式中的三个C、C、C又不能直接合成三百。而凭借阿拉伯数码,按位转化为两个码相加,简单容易。
下面我们从算法的四个要素来分析对比:用阿拉伯数字的笔算和用罗马数字进行运算的简捷程度:
首先,我们从输入来看:笔算只是把阿拉伯数字按位写出排列对位即可;而罗马数字相对就繁难一些,无法按位写,每一位的数字又要按照“左减右加”的法则累起来,比笔算要复杂得多。其次,看储存:二者差别不是太多,都是写在纸上,只是罗马数字要写的多一些。再次,看运算:笔算是按照事先记住的加减162句口诀,在脑中算出答数;罗马数字的运算就繁得多,象上面的数码符号里,明明看到的是两个“X”和一个“L”,又不能直接集拢在一起。最后,来看看输出:笔算的输出663,比罗马数字的输出DCLXIII,无论从读或写来看,都简单得多。再来看乘除:
由于阿拉伯数码和笔算的引入,使四则计算的繁难程度大大简化了。其原因主要有两个:一是阿拉伯数码在表示多位数时采用了中国发明的“十进位值制”,再一个是阿拉伯数码容易书写。从而推动欧洲数学在文艺复兴时期有较快的发展和进步。促成阿拉伯数码和笔算变成世界通用的记数方式和运算模型。
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