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  數(shù)的進(jìn)制種類(lèi)及其應(yīng)用

大多數(shù)的古代數(shù)字系統(tǒng)都用十做基數(shù)。我們猜測(cè),人們?cè)陂_(kāi)始的時(shí)候大概都是用十個(gè)手指來(lái)數(shù)數(shù)的。其實(shí),“十”這個(gè)數(shù)并沒(méi)有什么奇特的地方,用別的數(shù)做基數(shù)也同樣很方便。

世界上較早采用位值制計(jì)數(shù)法的有古巴比倫、瑪雅、印度和中國(guó)等,這些地區(qū)的民族對(duì)進(jìn)制的研究與發(fā)展都作出過(guò)重要的貢獻(xiàn)。

古巴比倫的數(shù)學(xué)與天文學(xué)比較發(fā)達(dá),他們采用的計(jì)數(shù)法是十進(jìn)位和六十進(jìn)位法。六十進(jìn)位法應(yīng)用于計(jì)算周天的度數(shù)和計(jì)時(shí),至今為全世界所沿襲。

        

瑪雅人是中美洲印第安人的一支,在公元前后創(chuàng)造了燦爛的瑪雅文化,他們創(chuàng)造了一種二十進(jìn)位值制的計(jì)數(shù)法,其中有非常明確的零號(hào),它形如貝殼或一只半睜的眼睛。可以想象瑪雅人使用的二十進(jìn)制很可能是用手指和腳趾一起來(lái)計(jì)數(shù)的,有時(shí)他們也用六十進(jìn)制。

早期人們用位值制記數(shù)法的時(shí)候,遇到了空位,需要一個(gè)合適的記號(hào),就用不同的方式來(lái)表示零。因而,最初的零可能是由位值制計(jì)數(shù)法產(chǎn)生的。

在中國(guó)我們是最早開(kāi)始使用十進(jìn)制的,也曾在不同的地方使用二進(jìn)制、十六進(jìn)制和六十進(jìn)制。

古希臘人采用的是字母計(jì)數(shù)法,就是按照字母表的順序,每一個(gè)字母表示一個(gè)數(shù)字。而且一個(gè)特別有趣的事情是,它們?cè)谡麛?shù)部分采用的是十進(jìn)制,而在1以下的分?jǐn)?shù)為60進(jìn)制。更為奇特的是,它的整數(shù)是非位值制的,而1以下的分?jǐn)?shù)卻是60進(jìn)位值制,這個(gè)部分顯然是受到巴比倫的影響。

  由巴比倫人創(chuàng)造的六十進(jìn)位制一直沿用到現(xiàn)在。我們今天計(jì)算時(shí)間,就是把一小時(shí)分成六十分鐘,一分鐘又分成六十秒;對(duì)于地球經(jīng)緯度的劃分,也是把一度分成六十分,每一分又分成六十秒。

為什么時(shí)間和角度的單位用六十進(jìn)位制

時(shí)間的單位是小時(shí),角度的單位是度,從表面上看,它們完全沒(méi)有關(guān)系?墒,為什么它們都分成分、秒等名稱(chēng)相同的小單位呢?為什么又都用六十進(jìn)位制呢?

我們仔細(xì)研究一下,就知道這兩種量是緊密聯(lián)系著的。原來(lái),古代人由于生產(chǎn)勞動(dòng)的需要,要研究天文和歷法,就牽涉到時(shí)間和角度了。譬如研究晝夜的變化,就要觀察地球的自轉(zhuǎn),這里自轉(zhuǎn)的角度和時(shí)間是緊密地聯(lián)系在一起的。因?yàn)闅v法需要的精確度較高,時(shí)間的單位"小時(shí)"、角度的單位"度"都嫌太大,必須進(jìn)一步研究它們的小數(shù)。

時(shí)間和角度都要求它們的小數(shù)單位具有這樣的性質(zhì):使1/2、1/3、1/4、1/5、1/6等都能成為它的整數(shù)倍。以1/60作為單位,就正好具有這個(gè)性質(zhì)。譬如:1/2等于30個(gè)1/60,1/3等于20個(gè)1/60,1/4等于15個(gè)1/60……。

數(shù)學(xué)上習(xí)慣把這個(gè)1/60的單位叫做"分",用符號(hào)"′"來(lái)表示;把1分的1/60的單位叫做"秒",用符號(hào)"″"來(lái)表示。時(shí)間和角度都用分、秒作小數(shù)單位。

這個(gè)小數(shù)的進(jìn)位制在表示有些數(shù)字時(shí)很方便。例如常遇到的1/3,在十進(jìn)位制里要變成無(wú)限小數(shù),但在這種進(jìn)位制中就是一個(gè)整數(shù)。

這種六十進(jìn)位制(嚴(yán)格地說(shuō)是六十退位制)的小數(shù)記數(shù)法,在天文歷法方面已長(zhǎng)久地為全世界的科學(xué)家們所習(xí)慣,所以也就一直沿用到今天。

古希臘的天文學(xué)家托勒密在他的著作《天文學(xué)大成》中使用了60進(jìn)分?jǐn)?shù)。把圓周分為360度,每度60分,每分60秒。他的計(jì)法很奇特,如41°0′48″記為, 0°34′4″記為。他所使用的字母計(jì)數(shù)法μ=40,α=1,ι=10,η=8,字母上畫(huà)橫線(xiàn)表示它們是數(shù),以與文字相區(qū)別。于是μα=41,ιη=18,前者放在度的位置上表示41°,后者放在秒的位置上表示18″,表現(xiàn)出位值制的思想。

按位值制,分的位置上沒(méi)有數(shù),于是用希臘文ονδεν(沒(méi)有東西)的頭一字母ο來(lái)表示沒(méi)有數(shù)的空位,意為“此處沒(méi)有數(shù)”。這可以說(shuō)是世界上第一次用小圈ο表示零的意思。但是托勒密的小圈只用于60進(jìn)分?jǐn)?shù)。托勒密的小圈也用于表“空位”和指示數(shù)位,沒(méi)有作為數(shù)參加運(yùn)算,也沒(méi)有單獨(dú)使用的情況。

由此看來(lái)六十進(jìn)位制的產(chǎn)生可能是與天文學(xué)的研究有很大的關(guān)系。蘇美爾人和巴比倫人在天文觀測(cè)與計(jì)算方面都曾做出過(guò)很多的貢獻(xiàn)。

 

 
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