衰分·第10题:一斤丝二百四十钱,千钱买丝几何——斤两铢里的三级换算
一道看似简单的「单价×数量」问题,却把汉代度量衡的三级换算(斤→两→铢)和分数运算一次用尽。算到最后你会发现:传世本子里「三分铢之四」应作「五分铢之四」——这正是用数学校验古文本的绝佳例子。
原典
今有丝一斤,价直二百四十。今有钱一千三百二十八,问:得丝几何?
答曰:五斤八两一十二铢、五分铢之四。
术曰:以一斤价数为法,以一斤乘今有钱数为实,实如法得丝数。
白话翻译
现在有一斤丝,价格是二百四十钱。现在手里有一千三百二十八钱,问:能买到多少丝?
答案是:五斤八两一十二又五分之四铢。
算法是:以一斤的价格作为"法"(除数),以"一斤"这个单位乘现有的钱数作为"实"(被除数),用实除以法,就得到丝的数量。
示意图
古人的算法
这道题属于衰分章后半的"非衰分类"问题——刘徽把它归入今有术:一斤价钱是"所有率",一斤丝是"所求率",今有钱数一千三百二十八是"所有数"。
术文只有三句,却把比例分配的核心程序说尽了:
"以一斤价数为法"——把单价二百四十作为除数。法,是"标准量"。
"以一斤乘今有钱数为实"——这里"一斤"是单位率,乘钱数得实。注意这里的乘法在现代看来有点怪:我们通常直接用 1328÷240,古人却要先乘一个"1"再除。这是因为在今有术的框架里,"所求率"必须显式出现——所求是丝,丝的单位是斤,所以要让"一斤"参与运算。
"实如法得丝数"——实除以法,得到丝数。
现代数学视角
第一步:先算总斤数
第二步:三级单位依次拆解
汉代的衡制是非十进制的,这是本题的"题眼":
整数部分是 5 斤,剩下 斤要化成两:
再取整数部分 8 两,剩下的 两化成铢:
所以正确结果是:
即古书所说的"五斤八两一十二铢、五分铢之四"。
一处值得玩味的文本考据
很多通行本(包括维基文库所据的四库本系统)在这里写作"三分铢之四"。但从数学上看:
- 若铢数是 ,则反推两的分数部分是 ,进而反推斤的分数部分是 ——这与 毫不相干;
- 而若铢数是 ,则两的分数部分是 ,斤的分数部分是 ——但我们需要的是 ,仍然对不上。
问题出在上面第二步的"取整"上。正确的拆法是: 斤 两 两 又 两, 两 铢 铢 又 铢。每一步都是"乘进位率后取整、余数继续降级",而不是把总余数一路乘到底。
上海古籍出版社白尚恕《九章筭术译注》此处正作"五分铢之四",识典古籍整理本同。数学验算与两个可靠底本三方一致,可以断定"三分"是传抄过程中"五""三"形近而讹。
这就是数学考据的力量:古算书的答案是可以被精确重算的,算不出来时不要怀疑古人的智慧,先怀疑文本。
高中课本关联
知识点定位:
- 人教A版必修第一册:分数运算与数系的扩充(把非十进制单位换算理解为不同进制的换算)
- 初中数学:单位换算与多元一次比例
高考考法:
近年高考数学文化题常以《九章算术》为背景,考法集中在两类:一是"读出古文中的数量关系并建模",二是"按照古法重算并验证"。本题的难点在于单位进制:、,与日常十进制经验冲突,是最容易失分的地方。
解题关键: 先把所有量统一到最小单位铢,或统一到最大单位斤,二者必居其一;切忌在"两""铢"之间来回跳。
思考与拓展
1. 换个数字自己算一遍 若丝价改为每斤三百钱,钱数仍为一千三百二十八,请照古术拆解到铢。答案是不是整数?如果不是,最简分数是多少?
2. 单位换算的"陷阱" 如果把 直接乘 ,会得到 铢 铢,这与正确结果 铢一致。为什么"一次乘到底"和"分级取整"结果相同?请用分配律解释。
3. 校勘的思路 本题中我们靠"精确重算"发现文本有误。如果一道古算题的答曰是个很整齐的整数,反而无从校验,那你觉得还有哪些方法可以判断它是否传抄有误?
一句话总结
1328 钱买丝,古人用"实如法"一步除出 5 又 8/15 斤,再用 16 与 24 两级进制拆成 5 斤 8 两 12 又 4/5 铢——顺便还帮我们校出一个传抄千年的"三""五"之讹。