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为什么全世界通用阿拉伯数字?

如今在几乎所有国家,人们都普遍使用由0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数码组成的所谓“阿拉伯数字”。因此,即使你看不懂另一个国家的人书写的文字,却仍然可以认识其中包括的数字。想想目前世界上人们使用的文字至少有上百种之多,在记数时却使用同一种数字,这真称得上是一个奇迹。但你可知道,这一共识并不是从一开始就达成的。人类早期使用的记数制度,其实和文字一样五花八门。要知道为什么现在全世界通用阿拉伯数字,就要先来看看在几种主要的早期文明中,人们是如何记数的。

约在公元前3000年,古埃及人发明了一种象形文字。在这种文字中,有专门的符号表示1,10,102,103,104,105,106等:

其他的数字则采用十进简单累数制,从右往左书写。例如, 表示123。到公元前1650年左右,埃及人又创造了一种称为僧侣文的文字,其中的数字采用十进的分级符号制。不仅1,2,…,9各有符号表示,而且10,20,…,90以及100,200,…,900等也都各有相应符号表示。例如, 表示300, 表示60, 表示5, 就表示365。

早在公元前4000年,两河流域的苏美尔人就发明了楔形文字。后来侵入该地区的巴比伦人沿用了这种文字。古巴比伦人的数字仅使用两个符号, 表示1, 表示10。对于记录60以下的数字采用十进简单累数制,记录60以上的数字采用六十进位值制。例如, 表示25, 表示60+20=80。

中国人在距今3600多年前创造了甲骨文,其中已经有了一套完备的记数制度。甲骨文数目字共有13个:

它们后来演变成“一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、萬(万)”。记数时采用十进乘法累数制。例如,二千六百五十六。但在早期常用所谓合文表示,如2656= 公元前500年左右,中国的算筹记数法开始出现。这是一种十进位值制记数法,使用下面九个基本筹式,又分为纵式和横式两种:

记数时个位常用纵式,其余横纵相间。例如, 表示4765。

古印度文明虽然可以追溯到公元前2500年,但关于早期印度数学几乎没有可靠的历史记录。现在已知印度人最早使用的数字,是在约公元前4世纪出现的卢文中的数字。这是一种简单累数制和乘法累数制的混合,从右往左书写。其中 等有专门符号。例如, 表示274。公元前3世纪,又出现了一种在使用上更为广泛的婆罗米数字

它采用十进的分级符号制,从左往右书写。例如, 表示114。

古希腊人使用过两种记数法。第一种是雅典人使用的阿提卡记数法,出现在公元前5世纪,大体上属于十进简单累数制。它有六个基本符号:Ι=1,Γ=5,Δ=10,Η=100,Χ=1000,M=10 000。50500,5000,50 000则用合成符号 表示。例如, 第二种是爱奥尼亚人使用的字母记数法,出现于公元前4世纪,属于十进的分级符号制。例如,τ表示300,ξ表示60,ε表示5,从而365就是τξε。

现在仍可在一些老式钟表上看到的罗马数字,大概产生于公元前4世纪,14世纪以前曾盛行于欧洲各国。它有I=1,V=5,X=10,L=50,C=100,D=500,M=1000七个单位符号,记数采用十进简单累数制。书写时单位按大小顺序从左到右排列,但有时也使用“减法原则”,将较小单位写在较大单位左边。例如,MMMDCCCLXXIX=3879。

可以看出,以上列举的这些早期记数制度大致说来不外乎四种。简单累数制最为初级,用它表示一个简单的数也要写成长长的一串,如果表示大数或做计算则更加复杂。乘法累数制将重复写出某个单位变成该单位结合上它的倍数,因此比简单累数制进了一大步,但还需引入更多符号,并且不适合用来做计算。用分级符号制记数虽然显得紧凑,但需要引入大量符号,而且做计算并不方便,需要预备很多算表。位值制最为高级,但要使其优越性能够充分发挥,还有赖于数基和符号的选择。

反观我们目前使用的阿拉伯数字,恰是这样一种从优选择的结果。它采用十进位值制,笔画简单,书写方便,较之其他记数法具有无与伦比的优点。简单归纳有下面几点:

(1)表达简洁紧凑,明白易懂。这比较387和罗马数字CCCLXXXVII就可以看出。(2)只需有限的几个符号,就可以表达所有自然数。对于不是位值制的记数法来说,要表示大数则需要引入更多符号。比如,为了用罗马数字表示超过1000的数,在中世纪增补了 等符号,分别表示V, X,L, C,D, M的1000倍。(3)计算简便,这也许是阿拉伯数字最重要的优点。如今一般小学生都能用阿拉伯数字进行加减乘除运算。而如果说一个训练有素的罗马人能进行简单加减运算的话,那么会乘除运算的罗马人则可称得上专家了。

从逻辑上讲,采用阿拉伯数字的十进位值制记数法,结合了希腊字母记数法和中国算筹记数法的优点。但从历史上看,一般认为它源自印度的婆罗米数字,经过若干个世纪的演化而形成。

约在公元600年,婆罗米数字改用位值制记数。差不多同一时期或稍晚,印度人将零作为一个数引进来从而形成一个完整的体系。公元8世纪末,这一记数制度传入阿拉伯国家。涉及印度数字的印度数学家手稿经过阿拉伯人的翻译传抄,又于10世纪传入欧洲。此时这些数字的形状已发生很大改变,并获得了“阿拉伯数字”这一名称。虽然采用新数字有诸多优点,却遇到了很多阻力。又经历了四五百年,阿拉伯数字的使用才在欧洲畅行无阻。

在接下来的500年中,伴随着西方资本主义的发展,欧洲列强不断开拓海外市场和殖民地,阿拉伯数字也随之传遍世界各地,为世界各国所通用。一些数学史家建议将这种数字称为“印度—阿拉伯数字”。但这与其说是某个民族的发明,不如说是人类不同文化相互交流借鉴择优取善的产物。

【知识点】记数制

在各种记数制中,都要选定数基b(通常为10)。简单累数制,用不同符号表示1,b, b2,b3,…。任何数都可通过这些符号的堆垒来表达,而每个符号要重写所需的次数。在乘法累数制中,不仅用一组符号表示1,b, b2,b3,…,还用另一组符号表示2,…,b-1。记数时两组符号用乘法相结合以代替第一组符号的重写。分级符号制要用若干组符号表示1,2,…,b-1;b,2b,…,(b-1)b;b2,2b2,…,(b-1)b2等。记数时将这些符号按数基的幂次从高到低组合在一起。位值制只需用符号表示0,1,2,…,b-1。记数时将这些符号放在数基的不同幂的位置,表示相应幂的倍数。

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