算盘知道多少?

本文发表于《数学之王》2019第9期。

在我们的学习和生活中,经常会遇到复杂的数学问题。这个时候,我们可以借助电子计算器快速得到答案。但是在没有计算器的古代,我们的祖先该怎么办?别担心,他们还有一个神器——算盘。

算盘看起来很“朴素”,一串串木珠[1]并排排列在长方形的木框里,很像一盒糖葫芦。中间的横梁将每个珠子分成两部分:上面的两个和下面的五个。下珠代表1,上珠代表5。

当不同数量的珠子附着在“隔岸相望”的横梁上,就形成了不同的数量。例如,9来自于此:

一串算盘对应一个数字,从右到左,是一个数字,十个数字,一百个数字...

当然,如果你想用小数,最右边的字符串也可以保留给小数,百分位数和千分位数...

我们不妨简化一下,只讨论整数,所以2019看起来是这样的:

聪明的你可能已经注意到了,0~9只需要1在上,4在下。为什么上下多了一颗珠子?原来古人计算重量时用的是十六进制[2]。我们常说“半斤八两”,八两等于半斤,十六两等于一斤。上面的两个和下面的五个刚好可以代表0~15。

不仅如此,在做一些小数计算的过程中,这两个“多余”的珠子也会被临时用到,比如借位、进位。

那为什么会想到把两颗珠子分开代表5而不是直接在每一串上串15呢?因为我们的手有五个手指。日常生活中,我们用一只手处理5以下的数字,用两只手处理5以上和10以下的数字。小伙伴一伸手,你就瞬间知道他新买的玩具花了多少钱。我们的大脑习惯以五为一组来计数,所以让上面的珠子代表五是非常聪明的。

算盘虽然结构简单,但用起来很巧妙。聪明的古人想出了很多朗朗上口的公式。成语“三下五除二”其实是珠算中的一个加法公式:

例如,计算:

除了最基本的加减乘除,算盘还能做更复杂的数学计算。在老一辈科学家手里,甚至为中国原子弹的研制立下了汗马功劳!

珠算也于2013年被列入联合国教科文组织非物质文化遗产名录,被誉为中国第五大发明!

其实算盘并不是生来就像现在这样“精瘦”。

很久很久以前,在古代,人们想到用鹅卵石来代表猎物的数量,1颗鹅卵石代表1个猎物。部落的人口和采摘的果实可以用这样一堆堆鹅卵石来代表。

随着人类文明的进化,人们不再满足于用石头来计数,而是把石头放在木板上,在木板上画出横线和竖线,用石头在线上的位置来代表数字,有时还用不同颜色的石头来代表不同的数字。计算的时候,我把石头搬来搬去。不知道的话,我还以为是下棋。[4]

这种“算盘”有一个弊端。如果不小心碰到了,石头很容易跑来跑去,于是人们就在木板上挖出凹槽,把石头弄圆,放进凹槽里。石头只能在自己的沟里动,再躁动也跳不进隔壁的沟里。

但是这个算盘还是不够便携,每次用的时候都要小心翼翼的把珠子收好。聪明的古人想到了把它们串起来,一个一个固定在木板上,这就是算盘的最终模样。

其实算盘不是中国独有的。其他国家和地区也有类似的发明,但都没有中国活得长。看着这些充满“异域风情”的珠算,仿佛见证了珠算进化史。

两千五百年前,希腊人在大理石板上刻上有特殊含义的线条,在石板上放上鹅卵石,在计算时不断移动位置。这是算盘最早的出现。

两千年前,罗马人在铜板上挖凹槽,在凹槽里放上小铜珠,计算时上下推动铜珠,仿佛在玩弹珠。

在珠子的分配上,罗马人和中国人想到了一起去。他们把代表5的65,438+0个珠子放在上侧的每个沟里,把代表65,438+0的4个珠子放在下侧的每个沟里,每个珠子可以代表0~9。

印加是一个古老而神秘的帝国,他们的算盘非常奇怪,像一个缩小的露台。历史学家直到今天也没想出怎么用。

俄罗斯的算盘看起来和中国的算盘很像,只不过俄罗斯人没有想到分出一两颗珠子来代表5,而是“愚蠢地”把每串10串起来,中间没有一根横梁。用的时候其实是竖着放的,球是从右向左拨的。串珠棍故意弯曲,中间微微凸起,保证珠子留在左右两边。

算盘在公元14世纪从中国传入日本。日本人的算盘本质上是中国的算盘,但他们很少用那两个多余的珠子,所以经常直接删掉。