分数的由来和演变过程(数学史—分数)

2024-11-05 15:00:48 人气:100 次阅读
分数的起源和发展

分数作为数系的重要组成部分,拥有数千年的历史,现如今广泛应用于生活的各个角落,如同明珠照耀数学时空。那分数的历史演变进程又是如何呢,这边了解一下~

人们除了自古以来对物体记数的需求之外,还需要对长度、面积、体积、时间以及其他量进行测量。由于测量的结果不能总是用自然数(非负整数)表达出来,需要考虑到度量单位的一部分如何表达,于是出现了分数。

一开始是某些具体的分数,用来表示已知度量单位的部分。比如,古罗斯时期的“1/4”、“1/8”,在很长一段时间里只表示某些具体较大度量单位的一部分。分数从表达具体度量单位转变到抽象分数(即与度量单位无关),经历了漫长的过程。

#1 古罗马分数

罗马人基本上只使用具体的分数。古罗马人用来表示质量和货币单位的as(assarius)平均分成十二份用uncia表示。随着时间的发展,测量其他量也逐渐开始使用uncia。于是罗马十二进制分数出现,即分母为12的分数。罗马人用 1 uncia 代表1/12,5 uncia代表5/12,以此类推,3 uncia是四分之一,4 uncia是三分之一,6 uncia是二分之一。

上述内容可在如下摘录片段中得以佐证,该片段摘录于公元前1世纪著名的罗马诗人贺拉斯,是关于当时罗马学校的老师和学生的一次谈话:

“老师:如果从5 uncia中花掉1 uncia,还剩多少?

学生:三分之一。

老师:完全正确,看来你能够守住自己的财产。”

#2 古埃及分数

人们第一个熟知的分数显然是二分之一,随后是1/4,1/8,1/16…,再然后是1/3,1/6等等,也就是说,这些最简单的分数被称为分数单位或基本分数,分子都是单位1。埃及人将所有的分数都拆分成几个基本分数相加的和。后来的希腊人、印度人等才开始使用分数的一般表达式,即分子和分母用任意自然数表示。

古埃及时期,建筑学已经发展到了相当高的水平,这一点可以从留存至今的埃及金字塔看出。当然,建造大金字塔及寺庙时,需要对长度、面积以及体积进行相应的测量,算术也就成为必不可少的知识。

古埃及金字塔-法老墓。其中最高大的是胡夫(公元前3世纪12)金字塔,高146m

埃及人记录分数的方法如图1所示。如果测量结果为3/4,则会将它表示成分数单位相加的形式:1/2+1/4。所以,埃及人不说四分之三,而将其表示成二分之一加四分之一。在莱因德纸草书中有列表,将部分分数表示成几个分数单位的和的形式。

#图1 埃及分数记法

#练习题

#计算如下莱因德纸草书中的分数表达是否正确。

#3 古中国的分数产生与发展

中国古石器时代的记载中并没有出现分数,目前的文献中,关于分数概念的记载可追溯至商代(公元前12世纪前后),铜器上篆刻的铭文上出现了“半斗”“四分”等符号,说明在分物的过程中,一半、弱半就随分物而产生。

到了先秦时期,许多文献中也出现了分数,如《商鞅量》:“太良造鞅爱积十六尊五分尊一为升。”《论语-泰伯》:“三分天下有其二,以服事殷。”《老子》五十章:“生之徒十有三,死之徒十有三,人之生动之死地十有三。”这些文献说明此时的分数已经由几分之一发展到几分之几,应用的范围拓展到表达部分与总体的关系。

到两汉时期《算数书-约分》记载:“二千一十六分之百六十二,约之百一十二分之九。”从中可以发现分子与分母的数量已经发生巨大的拓展,也提到了约分,其中分数的表达中出现了“之”,与目前我国分数读法几乎一致。

关于分数的写法,得从我国古代的计算工具算筹说起,算筹即可表达数字,亦可进行筹算。在筹式中有明确的分数表示法:分子在上,分母在下,如23/7,其表示方式如(图2)。

图2 图3

到南宋时,数学家秦九韶在其《数书九章》中,完善了分数的表示方法。如(图3)表示乳香重(3056×1)/4斤,其在算筹中明确标了“子”和“母”的位置。

对于中国古代的分数表示法,英国科学史家李约瑟曾赞誉道:用“儿子”表示分子和用“母亲”表示分母很有启发意义。这表明中国古人所想象的真分数,就是下面的数字较大,犹如怀孕的母亲一样。性(阴与阳)的差别使他们想到,除一个数与乘以其倒数是等效的。

#4 近代分数的发展

到公元8世纪,阿拉伯数学家花拉子米的著作《还原与对消计算概要》(代数学),从除法角度引进分数线的,他记成3/5,表示3除以5。

15世纪,德国数学家鲁多夫编著的数学习题集,其中应用了分数线,并给出分数计算方法。

17世纪中叶,瑞士数学家欧拉在《通用算术》中说,要想把7米长的根绳子分成3等份是不可能的,因为找不到一个合适的数来表示它。如果我们把它分成三等份,每份就是7÷3米,结果只能是7/3米。至此数学界承认,分数是唯一可以表示所有除法结果的数。

在分数的产生、发展过程中,古代的埃及、中国、巴比伦、印度等文明古国留下了许多珍贵的文化记载,近代的阿拉伯、欧洲的许多数学家不断地改进分数符号的表达,丰厚分数的内涵,这些历史足迹为我们追寻分数演进的轨迹,探求分数符号的来龙去脉,提供了许多有价值的线索。

分数的历史演进过程蕴含着数学的美妙与神奇,所有数学符号皆追求简洁。通过描述分数的历史演进过程,一起打开解读分数的视角。

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