第21課承上啟下的魏晉南北朝文化(一)案例模擬“算籌”計算
算籌有縱式和橫式兩種不同的擺法。這是因為十進位制的需要。所謂十進位制,又稱十進位值制,包含有兩方面的含義。一是“十進制”,即每滿十數進一個單位,十個一進為十,十個十進為百,十個百進為千;二是“位值制”,即每個數碼所表示的數值,不僅取決于這個數碼本身,而且取決于它在記數中所處的位置。如同樣是一個數碼“5”,放在個位上表示5,放在十位上就表示50,放在百位上就表示500,放在千位上就表示5000龐在我國商代的文字記數系統中,就已經有了十進位值制的蔭芽,到了算籌記數和運算時,十進位值制更標準。
按照中國古代的籌算規則,算籌記數的表示方法為:個位用縱式,十位用橫式,百位再用縱式,千位再用橫式,萬位再用縱式。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。由于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。
中國古代十進位制的算籌記數法在世界數學史上是一個偉大的創造。把它與世界其他古老民族的記數法作一比較,其優點是顯著的。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復,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于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。
割圓不盡十指磨出血,周率可限青史標美名──圓周率是怎樣算出來的?
祖沖之得罪了朝廷權臣,賦閑在家,心里郁憤難平。他深感當時的世道要干成一件事實在難。當時他才36歲,于是就想搞點與政界牽涉不大的事一研究數學。他先為古代數學名著《九章算術》作了注!毒耪滤阈g》成書于公元四、五十年間,集我國古代數學之大成,歷代有不少人曾為它作注,但都碰到一個難題:那就是圓周率。很古時候,人稱“徑一周三”,即π=3。王莽新朝時精確到3.1547,東漢時張衡又精確到3.1466,三國時劉徽為《九章算術》作注,則認為最精確的應是3.14。
祖沖之一接觸到圓周率問題,便被困擾得坐臥不安。這周徑之比是如何得出的呢?他研究劉徽注的那本《九章算術》。這時屋里還有一個十三、四歲的男孩,他是祖沖之的兒子,叫祖暅。別看他小小年紀,卻天資聰穎,戲耍之余常愛在父親身邊推算那些數字和圖形。今天他看到地上許多圓圈感到很新鮮,便單腿在地上跳起圖來。突然聽到父親拍案喊道:“有了!”將他嚇了一跳,忙跑過去拉著父親的衣袖問道:“什么有了?”“辦法有了。暅兒,你看劉徽這里不是明明寫著割圓術嗎?只要將一個圓不斷地割下去,內接上正多邊形,求出多邊形的周長,不就有了圓周率了嗎?暅兒,你會嗎?”
“我會,用爸爸教過的勾股定理去求就是了。”
“道理簡單,算起來可就費動了。從今天起,咱倆就來辦這件事,你可要十分仔細。”