在我国古代数学著作九章算术中记载了一道有趣的问题 在我国古代数学著作


在我国古代数学著作九章算术中记载了一道有趣的问题  在我国古代数学著作

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1983年12月,考古人员从湖北江陵张家山247号汉墓发掘出一批竹简,随后从中整理出一部不见于著录、早已失传的古代数学专著——《筭数书》 。
与《筭数书》同时整理出来的古代文献还有《二年律令》《奏谳书》《盖庐》《脉书》《引书》“历谱”等 。“历谱”所记最后一年是西汉吕后二年,即公元前186年,估计墓主死亡不会距此太远 。所以,考古人员认定《筭数书》成书年代的下限是西汉吕后二年,实际成书时间应当早于此年,可能是秦代或先秦的著作 。
《筭数书》的出土,引起国际数学史界的注意 。2002年8月15日至18日在西安举行的数学史国际会议上,来自美国的数学史专家道本(JosephW.Dauben)做了“关于《筭数书》的初步研究”的报告,美国加州大学圣迭戈分校的美籍华人科学史专家程贞一做了“《筭数书》和盈不足 *** ”的报告,中国的几位学者也做了有关《筭数书》的研究报告 。《筭数书》的研究成为这次大会的一个讨论热点 。
《筭数书》是一部数学问题集 。全书有近七十个题名 。题名有的以计算 *** 命名,如“相乘”、“分乘”、“约分”、“合分”、“径分”等;也有的以该题正文中的主题词命名,如“共买材”、“狐出关”、“息钱”、“饮漆”、“税田”、“贾盐”、“粟求米”、“负炭”、“分钱”、“方田”、“囷盖”、“以圜材方”、“以方材圜”、“里田”等 。该书依“题——答——术”的体例编写 。“题”,指命题,即数学问题;“答”,指解答,即对例题的解答;“术”,指由例题的解答归纳出该类问题的一般算法 。全书按照内容可以分为两类:一类是整数和分数的四则运算法则;另一类是跟当时生产、生活实际密切相关的各种应用题及解法 。如“羽矢”是有关造箭的应用题、“旋粟”是有关农业估产的应用题、“息钱”是有关借贷的应用题 。依现代数学分类法,这些应用题有的属于算术问题,有的属于几何问题 。考古人员认为,《筭数书》可能是秦汉官吏,尤其是负责经济管理工作的官吏学习数学知识的课本和工具书 。
《筭数书》涉及的算术知识包括整数、分数、比例、盈不足等问题 。书中没有完整地叙述整数的运算,只是专门提出了整数的进位,“一乘一,十也;一乘十万,十万也;十乘十万,百万 。十乘千,万也;十乘万,十万也;十乘十万,百万;十乘百万,千万 。百乘万,百万;千乘万,千万 。半乘百,五十;半乘千,五百;半乘万,五千 。”其间各数全都是十进位制 。十进位值制记数法简捷、明快、实用,运算方便 。马克思称之为人类“最美妙的发明之一” 。中国是世界上最早使用“十进位值制”记数法的国家 。古代埃及采用的是“十进累计制”记数法;古巴比伦采用的是“六十进位值制”记数法;印度虽然采用的是“十进位值制”记数法,但已到了了公元6世纪 。“十进位值制”记数法是中国对世界数学的卓越贡献 。商周的甲骨文和钟鼎文中已有了系统的个位、十位、百位乃至万位的自然数数字,大于十的自然数都用十进位制 。从殷商到战国时期,整数的加减乘除应当是很普通的算术知识,所以《筭数书》中不必再叙述了 。但在“里田”的标题下,该书提出了以平方里为单位面积的土地折合成顷亩的整数简便运算 ***。按照一般算法,求一平方里所合顷亩数,须先将一里化作300步,然后相乘,得若干平方步,再除以240平方步,得到亩数,计算很复杂 。“里田术”提出两种解法,其一是:“里乘里,里也;广从(纵)各一里,即直一,因而三之,有(又)三五之,即为田三顷七十五亩 。”用算式表示为:
1里×1里=1平方里 (里乘里,里也 。)
1平方里×3=3 (即直一,因而三之 。)
3×5×5×5=375亩 (有(又)三五之 。)
=3顷75亩
其二是:以之一种解法的结果为基础,即一平方里等于3顷75亩,根据乘法分配律,与任何数值的平方里相乘即得顷亩数 。这种“里田术”应当是秦汉管理赋税的官吏必须掌握的算术知识 。
《筭数书》全面介绍了分数的性质和运算法则,包括通分、约分、分数的括大、缩小及四则运算 。有关比例的计算题约占全书内容的一半,有正比例、反比例,分配比例、连比例、复比例,包含了现代数学全部的比例类型 。《筭数书》中还有三道盈不足的问题 。典型例题是“分钱”,“分钱人二而多三,人三而少二,问几何人,钱几何?得曰:五人,钱十三 。术曰:嬴(盈)不足五乘母,并之为实,子相从为法 。皆赢若不足,子互乘母而各异直之,以子少者除子多者,余为法,以不足为实 。”其解法为:(1)根据题目所给条件列成2/3,3/2;(2)分子部分各是盈,不足之数 。它们交叉相乘得4和9 。(3)以4+9作被除数,以分子2+3作除数,得13/5,此为每人分得钱数 。(4)按“置所出率,以少减多,余,以约法,实”,即3-2=1,故得钱数13,人数5 。通过两次假设——盈和不足,使不能用算术 *** 直接求解的问题获得解答 。

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