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[[File:Rod numeral positioning.JPG|缩略图|右|300px|永乐大典 宋朝筹算布位图中的 |
[[File:Rod numeral positioning.JPG|缩略图|右|300px|永乐大典 宋朝筹算布位图中的数字:七万一千八百二十四]] |
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[[File:Counting board.jpg|缩略图|右|450px|日本带格筹算板]] |
[[File:Counting board.jpg|缩略图|右|450px|日本带格筹算板]] |
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'''筹算'''({{lang-en|Rod calculus}})是[[ |
'''筹算'''({{lang-en|Rod calculus}})是[[汉字文化圈]][[古代]]使用[[算筹]]进行[[十进位制]]计算的程序。 |
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== 历史 == |
== 历史 == |
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筹算具体出现时间已然不可考,但根据典籍记录和考古发现,{{Cn|至少在[[战国]]初年筹算已然出现。}}它使用中国[[商代]]发明的[[十进位制]]计数,可以很方便地进行[[四则运算]]以及[[乘方]],[[开方]]等较复杂运算,并可以对[[零]]、[[负数]]和[[分数]]作出表示与[[计算]]。 |
筹算具体出现时间已然不可考,但根据典籍记录和考古发现,{{Cn|至少在[[战国]]初年筹算已然出现。}}它使用中国[[商代]]发明的[[十进位制]]计数,可以很方便地进行[[四则运算]]以及[[乘方]],[[开方]]等较复杂运算,并可以对[[零]]、[[负数]]和[[分数]]作出表示与[[计算]]。 |
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筹算在公元6世纪由中国传入[[朝 |
筹算在公元6世纪由中国传入[[朝鲜半岛|-{zh-cn:朝鲜半岛; zh-sg:韩国; zh-hant:韩国;}-]]和[[日本]]。七世纪的印度数学,分数中的分子在上,分母在下,与中国同,分数的乘除法也和《九章算术》相同。古印度数学绝大部分来自中国。<ref>钱宝琮 《中国古代分数算法的发展》 《李俨.钱宝琮科学史全集》卷9 392页</ref>。一直到被[[珠算]]完全取代之前,筹算是东亚古代进行日常计算的方法,算筹是东亚古代数学家研究[[数学]]时常用的计算器具,是东亚古代各种重要数学发明的基础,开创了中国以至东亚古代以计算为中心的机械化数学体系,与[[古希腊]]以逻辑推理为中心的数学体系有所不同;机械化的数学体系是一千多年世界数学的主流<ref>吴文俊 《中国古代数学对世界文化的伟大贡献》 《吴文俊文集》 2页</ref> |
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== 影 |
== 影响 == |
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筹算的乘除法传入印度,成为土盘算法<ref>钱宝琮 《中国古代数学的伟大成就》 《李俨.钱宝琮科学史全集》卷9 383页</ref>。9世纪初至10世纪,又经印度传入阿拉伯,这时期的阿拉伯阐述印度数学的数学著作,诸如《[[印度算术原理]]》,其土盘算式虽然用[[阿拉伯数字]]表示,但其[[十进位制]]概念,分数的表示法,以及加、减、乘、除四则运算的计算方法,和中国的筹算雷同,有的还用空格“{{0}}”表示“0”,和筹算一模一样。有学者认为,中国古代的筹算,通过[[丝绸之路]]传入[[印度]]、[[阿拉伯]],促成印度-阿拉伯数字体系<ref>[[新加坡大学]]教授[[蓝丽蓉]]:《阿拉伯数字体系起源于中国筹算的证据》,Fleeting Footsteps</ref>。 |
筹算的乘除法传入印度,成为土盘算法<ref>钱宝琮 《中国古代数学的伟大成就》 《李俨.钱宝琮科学史全集》卷9 383页</ref>。9世纪初至10世纪,又经印度传入阿拉伯,这时期的阿拉伯阐述印度数学的数学著作,诸如《[[印度算术原理]]》,其土盘算式虽然用[[阿拉伯数字]]表示,但其[[十进位制]]概念,分数的表示法,以及加、减、乘、除四则运算的计算方法,和中国的筹算雷同,有的还用空格“{{0}}”表示“0”,和筹算一模一样。有学者认为,中国古代的筹算,通过[[丝绸之路]]传入[[印度]]、[[阿拉伯]],促成印度-阿拉伯数字体系<ref>[[新加坡大学]]教授[[蓝丽蓉]]:《阿拉伯数字体系起源于中国筹算的证据》,Fleeting Footsteps</ref>。 |
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== 数字表示 == |
== 数字表示 == |
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[[File:Chounumerals.svg|右|缩略图|200px|一到九的直型 |
[[File:Chounumerals.svg|右|缩略图|200px|一到九的直型态与橫型态对照]] |
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算筹数系是世界上唯一只用一个符号的方向和位置的组合,表示任何十进位数字或分数的系统。 |
算筹数系是世界上唯一只用一个符号的方向和位置的组合,表示任何十进位数字或分数的系统。 |
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单位数字:将筹棍竖排一根棍表示1,两根棍表示2,5根棍表示5如图上。但从6至9数字的表示,不是 |
单位数字:将筹棍竖排一根棍表示1,两根棍表示2,5根棍表示5如图上。但从6至9数字的表示,不是并排6至9根筹棍,而是采用同位五进制,即用一根筹棍代表数码5,横放在筹数1至4的上方如图。这已蕴含[[算盘]]雏形。上排是筹算中1至9的竖码,下排是相应数字的横码。 |
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[[File:Rod231.jpg|右|缩略图|200px|使用直橫排列避免混淆]] |
[[File:Rod231.jpg|右|缩略图|200px|使用直橫排列避免混淆]] |
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大于9的数字,则用[[十进制]]表示,在个位数的位置左边,放置一个筹数,代表这个筹数的十倍,在十位数值左的位置,代表百位数,如此类推。如图所示数二百三十一(231)的表示法,在个位放置一根筹码,表示1,在十位放置筹数3,代表30,在百位放置筹数2,代表200,总数即二百三十一(231)。《孙子算经》云: |
大于9的数字,则用[[十进制]]表示,在个位数的位置左边,放置一个筹数,代表这个筹数的十倍,在十位数值左的位置,代表百位数,如此类推。如图所示数二百三十一(231)的表示法,在个位放置一根筹码,表示1,在十位放置筹数3,代表30,在百位放置筹数2,代表200,总数即二百三十一(231)。《孙子算经》云: |
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{{quote|凡算之法:先 |
{{quote|凡算之法:先识其位,一从十橫,百立千僵,千十相望,万百相当。}} |
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筹算板一般是桌面或地面,通常没有格子。如果筹码2,3,1并排排列,有可能被误读为51或24;为了避免邻位误读,每隔一位交替使用竖码横码,即个位竖码,十位用横码,百位用竖码,千位用横码,如此类推,就可以完全避免误读了<ref>[[李约瑟]] 原著 柯林‧罗南改编《中华科学文明史》卷2 第一章 数学</ref>。 |
筹算板一般是桌面或地面,通常没有格子。如果筹码2,3,1并排排列,有可能被误读为51或24;为了避免邻位误读,每隔一位交替使用竖码横码,即个位竖码,十位用横码,百位用竖码,千位用横码,如此类推,就可以完全避免误读了<ref>[[李约瑟]] 原著 柯林‧罗南改编《中华科学文明史》卷2 第一章 数学</ref>。 |
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=== 零的表示 === |
=== 零的表示 === |
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[[File:Rodnumberwithzero.jpg|右|缩略图|200px| |
[[File:Rodnumberwithzero.jpg|右|缩略图|200px|数字后加斜棍表负数]] |
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中国自有筹算起就有“0”,即以空位表示“0”。筹算中的零是位置零和运算结果的零,没有特定符号,这和阿拉伯数字专有一个符号0不同,{{Cn|阿拉伯数字0只是符号零,不是运算结果。}} |
中国自有筹算起就有“0”,即以空位表示“0”。筹算中的零是位置零和运算结果的零,没有特定符号,这和阿拉伯数字专有一个符号0不同,{{Cn|阿拉伯数字0只是符号零,不是运算结果。}} |
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=== 正负数 === |
=== 正负数 === |
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[[宋朝]]数学家用[[红色]]筹码代表正数,用[[黑色]]筹码代表负数,也有一律用黑色筹码,但在 |
[[宋朝]]数学家用[[红色]]筹码代表正数,用[[黑色]]筹码代表负数,也有一律用黑色筹码,但在数字最后一位加一根斜棍标示为负数。<ref>Ho Peng Yoke, Li, Qi and Shu p58 ISBN 0-486-41445-0 |
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</ref> |
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== 小数 == |
== 小数 == |
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[[孙子算经]]的度量衡已有十进位制概念,如尺、寸、分、厘、毫、丝、忽。七丈一尺二寸三分四厘五毫六 |
[[孙子算经]]的度量衡已有十进位制概念,如尺、寸、分、厘、毫、丝、忽。七丈一尺二寸三分四厘五毫六丝,用现代表示方法为71.23456尺,用算筹排为 |
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::::[[File:Counting rod h7.png|20px]][[File:Counting rod v1.png|8px]][[File:Counting rod h2.png|20px]][[File:Counting rod v3.png|20px]][[File:Counting rod h4.png|20px]][[File:Counting rod v5.png|20px]][[File:Counting rod h6.png|20px]] |
::::[[File:Counting rod h7.png|20px]][[File:Counting rod v1.png|8px]][[File:Counting rod h2.png|20px]][[File:Counting rod v3.png|20px]][[File:Counting rod h4.png|20px]][[File:Counting rod v5.png|20px]][[File:Counting rod h6.png|20px]] |
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其中[[File:Counting rod h7.png|20px]]为十位数,[[File:Counting rod v1.png|10px]]为个位数,[[File:Counting rod h2.png|20px]]为十分之一位等等。 |
其中[[File:Counting rod h7.png|20px]]为十位数,[[File:Counting rod v1.png|10px]]为个位数,[[File:Counting rod h2.png|20px]]为十分之一位等等。 |
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第64行: | 第64行: | ||
[[File:Rod subtraction with carry.GIF|左|缩略图|180px]] |
[[File:Rod subtraction with carry.GIF|左|缩略图|180px]] |
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不需向上一 |
不需向上一数量级借位的情況下,只要从被减数中去掉与减数相同数目的筹棍,剩余的筹码就是答案。左图为计算54-23的演示步驟。 |
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右 |
右图为计算4231-789的演示步驟,此情況即为需要向上一数量级借位: |
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# 将被减数4231放在上行,减数789放下行。从左往右逐位运筹。 |
# 将被减数4231放在上行,减数789放下行。从左往右逐位运筹。 |
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# 从千位借1为百位10,减去下行该位的7,余数3与上行2合为5,下行本位的7被取去,留空白。 |
# 从千位借1为百位10,减去下行该位的7,余数3与上行2合为5,下行本位的7被取去,留空白。 |
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第78行: | 第78行: | ||
《[[孙子算经]]》对筹算乘法有详细阐述。 |
《[[孙子算经]]》对筹算乘法有详细阐述。 |
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左 |
左图即为筹算38×76的演示步驟: |
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# 将被乘数放在上排(上位),乘数放在下排(下位),乘数的个位,对齐被乘数的最高位。如图:被乘数38在上排,乘数76在下排,其个位数6对齐被乘数38的3。上下排之间,留空几排,作中间积存放处。 |
# 将被乘数放在上排(上位),乘数放在下排(下位),乘数的个位,对齐被乘数的最高位。如图:被乘数38在上排,乘数76在下排,其个位数6对齐被乘数38的3。上下排之间,留空几排,作中间积存放处。 |
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# 运算规则:从左至右。 |
# 运算规则:从左至右。 |
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# 从被乘数的最高位开始运筹(例中即先 |
# 从被乘数的最高位开始运筹(例中即先运算30×76,再运算8×76)。在运算中必须运用[[九九表]]。据九九表“三七二十一”,将筹码21放在中间排,1对齐乘数的十位,即在7之上;然后“三六一十八”;(30×76得中间积2280),如图中排,至此被乘数的3已经完成运算,从筹板除去。 |
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# 将乘数76的筹码,往右移动一位,7改横码,6改为竖码; |
# 将乘数76的筹码,往右移动一位,7改横码,6改为竖码; |
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# 以下再 |
# 以下再运算8×76,运算“七八五十六”,撤乘数十位数筹码7; |
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# |
# 运算“八六四十八”,4与上一步所得56的6合并为10,进位1,撤去被乘数个位8,撤去乘数个位6; |
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# 将中间积2280与608相加,得积2888,至此整 |
# 将中间积2280与608相加,得积2888,至此整条算式运算完毕。 |
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P.S.: |
P.S.:范例图片是一边乘一边加而不是像文字描述所说乘完后才加。 |
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== 除法 == |
== 除法 == |
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[[File:Kushyar ibn Labban division.GIF|缩略图|右|150px|十一世纪[[伊本·拉班]]除法也是孙子除法的翻版]] |
[[File:Kushyar ibn Labban division.GIF|缩略图|右|150px|十一世纪[[伊本·拉班]]除法也是孙子除法的翻版]] |
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左 |
左图为计算<math>\frac{309}{7}</math>的演示步驟: |
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# 将被除数309放中排,除数7放下排,上排留空。 |
# 将被除数309放中排,除数7放下排,上排留空。 |
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# 将除数7左移一位,变横码,用九九表和减法运算30÷7:30除7得4剩2, |
# 将除数7左移一位,变横码,用九九表和减法运算30÷7:30除7得4剩2, |
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第168行: | 第168行: | ||
[[File:Sunzi sqrt.GIF|缩略图|左|220px|筹算开方术]] |
[[File:Sunzi sqrt.GIF|缩略图|左|220px|筹算开方术]] |
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[[File:Labbansqrt.GIF|缩略图|右|220px|伊本·拉班开平方术]] |
[[File:Labbansqrt.GIF|缩略图|右|220px|伊本·拉班开平方术]] |
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[[孙子算经]]卷中:“今有 |
[[孙子算经]]卷中:“今有积,二十三万四千五百六十七步。问:为方几何?答曰:四百八十四步九百六十八分步之三百一十一。 |
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术曰:置积二十三万四千五百六十七步,为实,次借一算为下法,步之超一位至百而止。上商置四百于实之上,副置四万于实之下。下法之商,名为方法;命上商四百除实,除訖,倍方法,方法一退,下法再退,复置上商八十以次前商,副置八百于方法之下。下法之上,名为廉法;方廉各命上商八十以除实,除訖,倍廉法,从方法,方法一退,下法再退,复置上商四以次前,副置四于方法之下。下法之上,名曰隅法;方廉隅各命上商四以除实,除訖,倍隅法,从方法,上商得四百八十四,下法得九百六十八,不尽三百一十一,是为方四百八十四步九百六十八分步之三百一十一”。 |
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右图为筹算开方 <math>\sqrt{234567}\approx484\tfrac{311}{968}</math>。 |
右图为筹算开方 <math>\sqrt{234567}\approx484\tfrac{311}{968}</math>。 |
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算法如下: |
算法如下: |
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* 把234567放在算籌板的由上 |
* 把234567放在算籌板的由上数起的第二行上,称之为'''实'''。 |
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* 把一 |
* 把一个标记“1”放置在第四行的万位,称为'''下法'''。 |
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* 估 |
* 估计平方根的第一位,放在第一行('''商''')的百位。 |
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* |
* 将商乘以下法(4×1),把积放在第三行,称之为'''方法'''。 |
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* |
* 将实減去商和方法的积,23-4×4=7 |
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* |
* 将方法乘以2,把它移向右边,改为橫碼。 |
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* 把下法向右移 |
* 把下法向右移两位。 |
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* 估 |
* 估计平方根的第二位,放在商的十位。 |
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* |
* 将商乘以下法,积加到方法。 |
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* 8(方)×8(商的十位)=64, |
* 8(方)×8(商的十位)=64,将74減去64,把10放到实,再将105減去8(廉)×8(商的十位)=64,再把41放回实。 |
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* 把方法的 |
* 把方法的个位(廉)乘以2,加到原方法80。 |
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* 把方法向右移,改 |
* 把方法向右移,改变方向;把下法向右移两位。 |
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* 估 |
* 估计平方根的第三位。 |
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* |
* 将商乘以下法(4×1),积加到方法,此时方法应为964。 |
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* |
* 从实減去4×900+4×60+4×4=76,餘下311。 |
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* 把方法的 |
* 把方法的个位乘以2,加到原方法960。 |
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* 答案:<math>\sqrt{234567}\approx484\tfrac{311}{968}</math> |
* 答案:<math>\sqrt{234567}\approx484\tfrac{311}{968}</math> |
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第199行: | 第199行: | ||
[[九章算术]]卷第四《少广》有数道开立方题,其开立方术为后世开立方术的基础。 |
[[九章算术]]卷第四《少广》有数道开立方题,其开立方术为后世开立方术的基础。 |
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〔二二〕又有 |
〔二二〕又有积一百九十三万七千五百四十一尺、二十七分尺之一十七。问为立方几何? |
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答曰:一百二十四尺、太半尺。 |
答曰:一百二十四尺、太半尺。 |
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开立方术曰:置积为实。借一算步之,超二等。议所得,以再乘所借一算为法,而除之。除已,三之为定法。复除,折而下。以三乘所得数置中行。复借一算置下行。步之,中超一,下超二等。复置议,以一乘中,再乘下,皆副以加定法。以定法除。除已,倍下、并中从定法。复除,折下如前。开之不尽者,亦为不可开。若积有分者,通分内子为定实。定实乃开之,訖,开其母以报除。若母不可开者,又以母再乘定实,乃开之。訖,令如母而一。 |
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<math>\sqrt[3]{1937541\frac{17}{27}}=124\frac{2}{3}</math> |
<math>\sqrt[3]{1937541\frac{17}{27}}=124\frac{2}{3}</math> |
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第210行: | 第210行: | ||
右图为贾宪增乘开立方解九章算术第四卷少广〔一九〕 |
右图为贾宪增乘开立方解九章算术第四卷少广〔一九〕 |
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今有 |
今有积一百八十六万八百六十七尺。问为立方几何? |
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答曰:一百二十三尺。 |
答曰:一百二十三尺。 |
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第218行: | 第218行: | ||
== 联立方程 == |
== 联立方程 == |
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[[File:Fangcheng.GIF|缩略图|左|250px|联立方程]] |
[[File:Fangcheng.GIF|缩略图|左|250px|联立方程]] |
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九章算 |
九章算术 卷第八 方程: |
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〔一〕今有上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉, |
〔一〕今有上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,实三十九斗;上禾二秉,中禾三秉,下禾一秉,实三十四斗;上禾一秉,中禾二秉,下禾三秉,实二十六斗。 问上、中、下禾实一秉各几何? |
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答曰: |
答曰: |
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第229行: | 第229行: | ||
下禾一秉,二斗、四分斗之三。 |
下禾一秉,二斗、四分斗之三。 |
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有三捆上等穀物, |
有三捆上等穀物,两捆中等穀物,一捆下等穀物,共39斗;有两捆上等,三捆中等,一捆下等,共34斗;有一捆上等,两捆中等,三捆下等,共26斗。分别找出上、中、下等穀物的数量。 |
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方程 |
方程术曰,置上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,实三十九斗,于右方。中、左禾列如右方。 |
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{| border="0" width="300" align="center" style="border: 5px solid #999; background-color:#FFFFFF" |
{| border="0" width="300" align="center" style="border: 5px solid #999; background-color:#FFFFFF" |
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|-align="center" bgcolor="#EFEFEF" |
|-align="center" bgcolor="#EFEFEF" |
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第259行: | 第259行: | ||
| [[File:Counting rod h3.png|20px]] [[File:Counting rod v9.png|20px]] |
| [[File:Counting rod h3.png|20px]] [[File:Counting rod v9.png|20px]] |
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|} |
|} |
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以右行上禾遍乘中行而以直除。又乘其次,亦以直除。然以中行中禾不 |
以右行上禾遍乘中行而以直除。又乘其次,亦以直除。然以中行中禾不尽者遍乘左行而以直除。左方下禾不尽者,上为法,下为实。实即下禾之实。求中禾,以法乘中行下实,而除下禾之实。餘如中禾秉数而一,即中禾之实。求上禾亦以法乘右行下实,而除下禾、中禾之实。餘如上禾秉数而一,即上禾之实。实皆如法,各得一斗。 |
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* |
* 将中列乘以右上角的数字,即3。 |
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* 重 |
* 重复地从中列減去右列,直到中上角的数字为0。 |
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* |
* 将左列乘以右上角的数字,即3。 |
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* 重 |
* 重复地从左列減去右列,直到左上角的数字为0。 |
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* |
* 对中列和左列使用上述消除算法后,矩阵将简化成三角形狀: |
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{| border="0" width="300" align="center" style="border: 5px solid #999; background-color:#FFFFFF" |
{| border="0" width="300" align="center" style="border: 5px solid #999; background-color:#FFFFFF" |
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第295行: | 第295行: | ||
|} |
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一捆下等穀物的 |
一捆下等穀物的数量=<math>\frac{99}{36}=2\frac{3}{4}</math>斗 |
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一捆上等穀物=<math>9\frac{1}{4}</math>斗 |
一捆上等穀物=<math>9\frac{1}{4}</math>斗 |
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第302行: | 第302行: | ||
== 行列式 == |
== 行列式 == |
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日本数学家[[关孝和]]在《[[三部抄]]》的《[[解伏题之法]]》中, |
日本数学家[[关孝和]]在《[[三部抄]]》的《[[解伏题之法]]》中,将线性方程组的系数縱橫写成方阵的形式,发明了[[行列式]]。关孝和还提出了两种计算行列式的值的方法:逐式交乘法和交式斜乘法。 |
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== 高次方程 == |
== 高次方程 == |
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第419行: | 第419行: | ||
* [[增乘开平方法]] |
* [[增乘开平方法]] |
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== 注释 == |
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{{reflist|2}} |
{{reflist|2}} |
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第433行: | 第433行: | ||
{{中国数学史}} |
{{中国数学史}} |
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[[Category:中 |
[[Category:中国古代数学|C]] |
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[[Category:日本 |
[[Category:日本数学史]] |
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[[Category:朝 |
[[Category:朝鲜古代数学]] |
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[[Category: |
[[Category:计算|C]] |
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[[Category:越南古代 |
[[Category:越南古代数学]] |