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筹算

(2019-07-30 19:57:39)
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筹算

四则运算

分类: 科普
        博文《河图洛书的智慧》中有“算筹与算盘”,现在补充算筹的运算——筹算。

祖冲之(429-500)将圆周率π的值精确到了第七位,领先世界约1000年。在天文学方面他的成就辉煌:测出了木星公转周期为11.858年(今测11.862年)。用圭影的长短测出了更准确的冬至日!这些成就都是开创性的。为了纪念这位伟大的科学家,国际天文学家联合,把月亮上的一座环山命名为“祖冲之环山”,小行星1888命名为“祖冲之行星”。当时祖冲之的计算工具就是算筹。

筹算在算之前大约两千年主要计算工具。由于算筹可以单个挪动,运算起来“进位”灵活方便,如同珠算方式,一般也是从左向右运算。如下图的加减运算过程。

筹算

使用算筹进行加减运算,很容易理解,怎么进行乘法?古代一般求积怎么运算呢?

百度计数法介绍的筹算乘法如下:

 

算筹就是用竹子或其他材料做成的一根根小棒。当时用小棒表示数的方法有横式和纵式两种(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,依此类推,遇零则置空),如图。

筹算

用算筹进行乘法计算,先摆乘数于上,再摆被乘数于下,并使上数的末位与下数的首位对齐,按从左到右的顺序用上数首位乘下数各位,把乘得的积摆在上下两数中间,然后将上数的首位去掉、下数向右移动一位,再以上数第二位乘下数各位,加入中间的乘积,并去掉上数第二位。直到上数各位用完,中间的数便是结果。

下面以183×26为例具体说明一下:

1.把乘数26摆在上面,被乘数183摆在下面,被乘数的个位与乘数的十位对齐,中间留有空余,准备摆乘得的积(如图1);

  2.从高位乘起,用乘数十位上的2乘被乘数183,得3660,摆在中间,积的数位与被乘数对齐(如图2,积的个位0用空位表示)

筹算

  3.去掉已乘过的乘数十位上的数字2,把乘数个位6移至与被乘数的个位对齐的位置(如图3);

4.用乘数个位6乘被乘数183,所得的积(1098)与3660相加,最后得积4758(如图4)。

千多年中众多计算工作者使用筹算,方法应该也是多样的,各领风骚。

古人从左至右算,乘数在上,被乘数在下,积放在中间。古人计算用"筹"不用笔,筹算可以任意改变形态,所以左至右算根本不麻烦。如算49X36的步骤,结果是1764。过程如下图,笔者增加了运算过程的提示

筹算

此例根据(百度)算筹计数法加以整理:https://baike.baidu.com/item/算筹/954669?fr=aladdin

以上介绍的两种筹算两数求积,异曲同工,就是遇“0”以空位显示,不容易习惯。

筹算沿用了一千多年,有多种方法,今探讨使用长的筹算,进行交叉法求积。举数例以窥探一斑。1,47X8=?

其3个数字是4,7,与8,我们在平面上分别取4根、7根与8根算筹,上下分别横摆4根与7根,表示47;竖摆8根表示8(如下图)。

算筹的每一个交叉点体现1。交叉点的区域域分别是A区域域和B区域域。

  B区域是7根与8根算筹的交叉点,有56个,表示7X8=56=50+6。说明47X8积的个位数是6,而其中5应该进位到十位数

筹算

A区域是4根与8根算筹的交叉点,4与8的交点有32个。表示4X8=32=30+2,

说明47X8积的百位数是3,2是十位数的部分。那么十位数是2+5=7。

我们得到    47X8=376。

实际进行筹算的时候,得到32与56个交点,就可以从右边往左写:个位数6开始写,然后将“5”加到32的“2”得“7”,最后是“3”。书写顺序如:3←7(2+5)←6。这符合古代数码从右往左书写的方式:筹算


  数学的精彩之一,在于化繁为简,人们将用一根不一样的筹算表示5。

筹算

2,两位数相乘的筹算计算方法:x=23X41=?

23用算筹2与3分列上下,AB1B2C;41用算筹4与1分列左右。AB2 B1C。

这是筹算23乘以41的架构,它们的交叉处分成3个区域域:A,B1∪B2 C(如图)算筹的交叉点是筹算乘法的要点。

   这里,A,B1B2 C既表示算筹交叉点,也表示该交叉点所在的区域域。

筹算

23X41,算筹如图排列,两数算筹交点的个数表示不同的数字。

C区域域的一个交点表示1,如下图,三个交点表示3。我们用c表示C区域域交点的个数,那么c=3.
  B1B2的每个交点体现一个十位数与一位数的积,所以表示10,如图,B12个交点,B212个交点,一共有14个交点,表示140。我们用b表示B1B2区域域交点个数之和,这里b=14。

 A区域域的每个交点体现两个十位数的积,所以表示100,如图,A有8个交点,表示800。我们用a表示A区域域交点的个数,这里a=8。

筹算

于是从各个区域域的交点数可以得到乘积:个位数3;B区域域的14之“1”应该进位到A区域域,所以十位数是4;百位数就是8+1为9,得到23x41=943。

用现代的代数式表示就是x=23X41=100a+10b+c=800+140+3=943。

掌握了分区域域,确定各区域域数字的方法以及进位的规律,筹算乘积的结果,就跟珠算一样方便。

363x34=?

算筹5跟1的交叉点体现5跟1的积,所以是5。

这样C区域域体现8;

B1区域域为24,B2区域域为6。于是B区域域合计为24+6=30,其中30应该进位到A区域域;

A区域域体现18。于是:个位数是8,十位数是0,而千位数是18+3=21,

得到:  63x34=2108

筹算

如果应用公式,设a=18,b=30,c=8。于是63x34=100a+10b+c=1800+300+8=2108。

例题4135X246=?

这是两个3位数求积,如图分成A、B、C、D、E 5个区域域,各区域域的交点所体现的数依次是2,10,32,38与30,

根据进位规律,各区域域E、D、C、B、A留下的数据分别是:0,1,6,3,3因此:135x246=33610。

筹算

例题5  9037X216=?

这是含有“0”的多位数求积。如图,0与任意数的积是0。

根据进位规律,各区域域F、E、D、C、B、A留下的数据分别是:

2,9,9,1,5,19,得到:9037X216=1951992

 

筹算

  算筹材质不同,表明使用者的身份地位,长短不同,反映使用的需要和环境情景,因人因地因需而异,交叉求积,就需要较长的算筹。

筹算

  同样是例题5求积9037X216,在地面计算,就使用短的算筹:

筹算

我国古代数学家和天文学家,刘徽、张衡、秦九韶、祖冲之他们,就是使用筹算创造了当时世界顶级的的数学成就。

张衡(78-139)测出了一周天365.25天的结论,与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。

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