筹算

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筹算四则运算 |
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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。
筹算在珠算之前的大约两千年是主要的计算工具。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。
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。
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);
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:
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。例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。
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
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:
例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,AB1与B2C;41用算筹4与1分列左右。AB2与 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与 C(如图)算筹的交叉点是筹算乘法的要点。
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.
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。
例3,63x34=?
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:
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4,135X246=?
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。
例题5
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。
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。