·算术 古埃及人所创建的数系与罗马数系有很多相似之处,具有简单而又纯朴的风格,并且使用了十进位制,但是不知道位值制。 根据史料记载,埃及象形文字似乎只限于表示107以前的数。由于是用象形文字表示数,进行相加运算是很麻烦的,必须要数“个位数”、“十位数”、“百位数”的个数。但在计算乘法时,埃及人采取了逐次扩大2倍(duplication)的方法,运算过程比较简单。 乘法:古埃及人采用反复扩大倍数的方法,然后将对应结果相加。例如兰德纸草书(希特版)第32页,记载着12×12的计算方法,是从右往左读的。我们以现代数字来表示,这就是倍增法。
由上表可知,计算的方法是把12依次扩大2倍,那么12×12为12的4倍加上12的8倍恰是12的12倍,并把要加的数在右侧(上表以现代阿拉伯数字为例,因此在左侧标出)标记斜线,算得结果144。 在更早的时期,埃及人也采用“减半法”来计算乘法。首先是将一乘数扩大10倍,然后再计算10倍的一半。例如纸草书(卡芬版)第6页,计算16×16,是按如下方法计算的,即减半法(mediato)。
这种乘法的计算方法是古代人计算技能的基础,是非常古老的方法。 除法:埃及人很早就认识到除法是乘法的逆运算,并蕴含在实际计算之中。例如,计算1120÷80(见兰德纸草书第69页)。
以上求解的基本思路是10倍的80加上4倍的80,恰好是1120,即1120中含有14个80。 分数:古埃及人对分数的记法和计算都比现在复杂得多。例如,他们把2/3理解为“二个部分”,并且把能使“二个部分”变成整体的部分叫做“第三部分”。例如: “三个部分”即3/4——“第四部分”即1/4 这样,通过二个部分与第三部分;三个部分与第四部分的结合来表示出一个整体。按此规律理解,五分之一可以认为与四个部分结合成一个整体的第五部分。从语言角度,五分之二就无法表达了。 随着分数范围的不断扩大,计算方法的不断改进,埃及人用“单位分数”(分子是1的分数)来表示分数。对一般的分数则拆成“单位分数”表示(拆法不一)。例如: 3/8=1/4+1/82/5=1/3+1/20+1/60 ·代数 在兰德纸草书中,因为求含一个未知量的方程解法在埃及语中发“哈喔”(hau)音,故称其为“阿哈算法” "阿哈算法"实际上是求解一元二次方程式的方法。兰德纸草书第26题则是简单一例。用现代语言表达为: 古埃及人是按照如下方法计算的: 把4加上它的1/4得5,然后,将15除以5得3,最后将4乘以3得12,则12即是所求的量。 这种求解方法也称“暂定前提”(false assumption)法,即:首先,根据所求的量而选择一个数。在兰德纸草书第26题中,选择了4,因为4的1/4是容易计算的,然后,按照上面的步骤进行计算。 在用“阿哈算法”求解的问题中,也含有求平方根的问题,柏林纸草书中有如下的问题: “如果取一个正方形的一边的3/4(原文是1/2+1/4)为边做成新的正方形,两个正方形面积的和为100,试计算两个正方形的边长。” 不妨从“暂定的前提”出发,首先取边长为1的正方形,那么另一个正方形的边长为3/4,自乘得9/16,两个正方形面积的和为1+9/16,其平方根为1+1/4,已知数100的平方根为10,而10是1+1/4的8倍。原文残缺不全,其结果是容易推测的,即1×8=8,8×3/4=6,即两个正方形的边长分别为8和6。 埃及人对“级数”也有了简单的认识。在纸草书中,用象形文字写出一列数7,49,343,2401,16807,并与之对应一列词:“图画”、“猫”、“老鼠”、“大麦”、“容器”,最后,给出和数为19607。实际上,这是公比为7的等比数列。对此,有的数学史家解释为:“有7个人,每人有7只猫,每只猫能吃7只老鼠,而每只老鼠吃7蕙大麦,每蕙大麦种植后可以长出7容器大麦。”从这个题目中,可以写出怎样的一列数,它们的和是多少?这种题目就涉及到求数列和的问题。 ·几何 埃及人创建的几何以适用工具为特征,以求面积和体积为具体内容。他们曾提出计算土地面积、仓库容积、粮食堆的体积、建筑中所用石料和其它材料多寡等法则。 埃及人能应用正确的公式来计算三角形、长方形、梯形的面积。把三角形底边二等分,乘以高;同样,把梯形两平行边之和二等分,乘以高分别作为三角形和梯形的面积。另外,埃及人还能对不同的面积单位进行互相换算。 在埃及埃特夫街的赫尔斯神殿的文书中,记载着很多关于三角形和四边形面积计算问题。但是,他们把四边形二对边之和的一半与另二对边和的一半之积作为面积,这显然是不对的,只是长方形时,这才是正确的计算公式。 埃及人曾采用S=(8d/9)2(其中S是圆的面积、d是圆的直径)来计算圆的面积。由此得到: 能把π精确到小数点后一位,在那个时代,应该说是一件了不起的事,巴比伦人在数学高度发展时期,还常常取π=3。 在计算体积方面,经考察兰德纸草书发现,埃及人已经知道立方体、柱体等一些简单图形体积的计算方法,并指出立方体、直棱柱、圆柱的体积公式为“底面积乘以高”。 有材料证实,在埃及集合中,最突出的一项工作是发现截棱锥体的体积公式,(锥体的底是正方形),此公式若用现代数学符号表示为: 其中h是高,a和b是上、下底的边长。
补充:数学文献 (1)《兰德纸草书》 《兰德纸草书》是在埃及古都——底比斯(Thebes)的废墟中发现的。1858年由兰德(A.H.Rind)购买,而后,遗赠给伦敦大英博物馆。因此,叫做“兰德纸草书”。这份纸草书长约550厘米,宽33厘米,摹本出版于1898年。 这部纸草书是在底比斯人统治埃及时写成的,著者阿梅斯(Ahmes)曾写道,此书是根据埃及王国时代(前2000年—前1800年)的材料写成的。 作者认为,这是一部“洞察一切事物的存在,彻底研究一切事物的变化,揭示一切秘密……”的经典。实际上,这部纸草书只是传授“数”的秘密和分数的计算。全书分成三部分,一是算术;二是几何;三是杂题。共有85题。记载着埃及人在生产、生活中遇到的实际问题。其中,也含有纯数学的知识问题。
(2)《莫斯科纸草书》
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8计量单位
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