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1701001871 但是,六十进制并不是古巴比伦人最传奇的数学贡献。古巴比伦人最伟大的数学贡献在于,他们提出了一个直到今天仍然通行全世界的想法。如今,这个想法看起来太过正常,已经很少有人去深思和体会其中的巧妙了。
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1701001873 为了解释清楚古巴比伦人的这个伟大、卓越的想法,我们先来看看如今通用的阿拉伯数字,因为阿拉伯数字以较现代的方法运用了古巴比伦人的这个巧思。阿拉伯数字并不是六十进制的,我们的计数系统基于10个数字:1、2、3、4、5、6、7、8、9,以及伟大的0。这10个小家伙被我们称为“数字”,英文词汇为digit,这个词的拉丁语词根的意思是“手指”或者“脚趾”。(多么自然!)
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1701001875 在数学领域,这是一个天才又伟大的发明,因为虽然这个计数系统是十进制的,但它却并没有用一个专门的符号来表示10。相反的,10的概念是用“数位”来表示的,这个系统创造了“十位”(即从右往左数的第二位)来表示10这个概念。依此类推,这个计数系统里还有“百位”、“千位”、“万位”等,不论是10的几次方,均有相应的“数位”。虽然对今天的我们来说,这种计数系统是司空见惯、不足为奇的,但在数学史上,这实在是一个极其伟大的发明。计数的单位(如10进制里的10)不再用一个符号来表示,而是用一个位置来表示,就像一个停车位、一个专属地盘,就像商业上常常用到的一个口号:“位置!位置!位置!”位置才是王道!
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1701001877 和这种优雅简练的“数位+数值”的计数系统相比较,罗马数字的计数系统简直可以用野蛮来形容:你需要10?没问题,X就是10。你需要100?没问题C就是100。你需要1 000?没问题,M就是1 000。不仅如此,对5、50和500,罗马数字也都有相应的符号,那就是V、L和D。
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1701001879 罗马数字计数系统秉持的原则是:选择一些重要的数字(1、5、10、50、100等),并赋予这些数字相应的特殊符号。然后,其他的所有次要数字均表示为重要数字的加减法组合。
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1701001884 遗憾的是,罗马数字计数系统在现实中用起来实在是不方便,只要被表达的数字超过几千,这个系统基本就瘫痪了。为了解决这个问题,中世纪的学者们研究出了一套修补方法,在原有的罗马数字上面加上横线,表示原来数字的1 000倍,这种蹩脚的方法使得罗马数字计数系统在数字较大的情况下勉强能用。比如,X表示10,那么表示10 000;M表示1 000,那么表示1 000 000。一般来说,不需要用到10亿以上的数字,但是万一有需要的话,只要在上再加一条横线就行了。如此一来,这个系统虽然笨拙又丑陋,但你却可以按此规则写出任意大的数字来。
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1701001886 现在我们再来看今天流行的阿拉伯数字计数系统,就会发现这个看似平凡的计数系统有多么先进了。因为有“数位”的概念,即便再大的数字,写起来都不费力气。因为有了“数位”的概念,无论是什么数字,都可以用0至9这10个数字来表示,你所要做的只是把这10个数字放到正确的位置上去。除此之外,简洁也是阿拉伯数字系统的一个极为突出的优点。任何10万以下的数字都不会超过6位。同样的数字你试试用文字、符木棍或是罗马数字计数系统来表示,你就会知道阿拉伯数字有多讨人喜欢了。
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1701001888 最重要的是,有了这种“数位+数值”的计数系统,普通人也能学会做算术。你只需要掌握一些最基本的原则,如借位法、进位法、乘法口诀表等,加减乘除运算就都不算困难的事情。这些简单的法则适用于任何数字,只要掌握了这些法则和技巧,不管是一组什么样的数字,不管数字有多大,计算起来都很简单。
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1701001890 有了阿拉伯数字计数系统,数字运算完全变成了一种机械的程序化活动。这正是这种“数位+数值”计数系统的优越之处。在这种计数系统的基础上,我们完全可以把数学运算的工作交给机器去完成。从最原始的数学计算器,到今天的超级计算机,运算自动化的程度在不断提高,这些都是以“数位”这一优美又伟大的概念为基础的。
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1701001892 在这里,我们必须特别表扬一下幕后英雄数字0。如果没有0的存在,这一整套“数位+数值”的计数系统就会立即崩塌。如果没有0发挥强大的占位功能,那么10 100和1 000看起来就会一模一样了。
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1701001894 任何“数位+数值”的计数系统都需要一个计数单位,这个单位被称为“进制”。我们的阿拉伯数字计数系统是十进制的,也就是计数单位为10。在英语中,十进制的单词写作decimal,这个词的拉丁语词根decem正是“十”的意思。从右向左数,第一位是个位,然后依次是十位、百位、千位等。每一个“数位”都代表10的几次方,比如:
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1701001896 10=101
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1701001898 100=10×10=102
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1701001900 1 000=10×10×10=103
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1701001902 正如前文所提到的,我们选择十进制很可能是因为人类恰好有10根手指。这种选择是基于人类的生理特点,而非基于逻辑推理。那么,这很容易让人产生以下的疑问:十进制是不是最优的呢?还有没有比十进制更好用、更有效率的进制?
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1701001904 这是一个很好的问题。实际上,二进制也是一种十分好用的计数系统。大家都知道,如今我们使用的各种电子产品,从电脑到手机、数码相机,都是基于著名的二进制系统。二进制系统的优越性在哪里呢?在各种进制中,二进制所需要的符号最少:只要有0和1这两个数字就够了。大部分电子元件恰好有开和关这两种状态,这和二进制的特性配合得天衣无缝。事实上,任何有两个状态的原件(开或关,敞或闭等)都很适合采用二进制系统。
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1701001906 对于普通人来说,二进制的计数法有点儿别扭,需要一定的时间才能用得习惯。二进制系统仍然有“数位”的概念,但是,每一位不再是10的n次方,而是2的n次方。十进制系统有个位、十位、百位、千位等,而二进制系统则是个位、二位、四位、八位等。这是因为:
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1701001908 2=21
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1701001910 4=2×2=22
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1701001912 8=2×2×2=23
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1701001914 当然,事实上,在二进制系统中,2并不是记作2,因为“2”这个符号在二进制系统里是不存在的。就像“10”在十进制系统里并不是一个单一的数字,而是由两个数位上的数字组合而成的。在二进制中,阿拉伯数字2记作10,表示一个2和零个1。同样,阿拉伯数字4在二进制中记作100(一个4,零个2,零个1),而阿拉伯数字8则表示为1 000。
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1701001919 二进制在现实世界中的应用,远远不只局限在数学领域中。毫不夸张地说,二进制的力量改变了整个世界。在过去的几十年中,科学家们发现,其实所有的信息都可以用二进制的编码来表达。也就是说,除了数字以外,语言、图像、声音也都可以表达为一连串的0和1。
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