算筹记数——古人用小棍子怎么表示数字
一纵十横,百立千僵——用竹棍摆出的十进制,比西方早了一千年。
中国古代数学的入门经典。三卷六十余题,从算筹记数到鸡兔同笼,从物不知数到韩信点兵,既是古代算术的百科全书,也是后世数论的源头。一本书读懂中国古人怎么数数、怎么计算、怎么思考。
一纵十横,百立千僵——用竹棍摆出的十进制,比西方早了一千年。
从蚕丝到万里江山,看古人如何用一套严谨的度量衡制度,把微观世界和宏观世界统一起来。
万万曰亿,万万亿曰兆……一路推到'载'——中国古代的万进制大数系统,重新定义你对'大'的认知。
八十一自相乘,六千五百六十一——古代人没有乘法竖式,他们用算筹和口诀,一步一步算出来。这背后是一套完整的位值制思想。
六百二十九——用算筹从高位到低位逐步试商,两千年前的竖式除法长这样。
古人用最朴素的近似值——3、4、,建立了一套圆的面积计算体系,比阿基米德更实用,比祖冲之早三百年。
从'万万'到'万万载',孙子算经用两个万字节的乘方,构建了一套能表达宇宙级数字的大数体系。
古人用一套简洁的比率关系,把粟、粝米、粝饭、凿米、饭之间的换算关系写得清清楚楚——本质是比例问题。
孙子算经卷中从一道约分题开始,用'等数'消去公因子——比欧几里得早几百年的最大公约数算法。
孙子算经卷中的第二道题,教的是分数加法——\"母互乘子\",也就是我们今天说的\"交叉相乘再相加\"。这是中国古代分数运算最核心的算法。
学会了分数加法,就该学减法了。孙子算经卷中第三题,把'母互乘子'的算法从加法迁移到减法——同样的通分逻辑,不同的操作方向。
三分之一、三分之二、四分之三,三个分数各不相等,怎么取长补短让它们变得一样?孙子算经写出了人类最早的"调配平均数"算法——而且在约分上留了个精巧的伏笔。
《孙子算经》卷中的粟米兑换问题,以粟二斗一升换粺米,完整展现"今有术"的运算逻辑。一道题读懂中国古人的比例算法与分数处理。
《孙子算经》卷中以屋基砌砖为题,完整呈现中国古代归一术的运算逻辑。一丈十尺的换算、面积与总量的层层推演,藏着古人解决实际工程问题的数学智慧。
《孙子算经》卷下这道禽兽同笼题,照术文算出八兽七禽,可一代入题面却对不上。千年前的传本出了什么问题?这一讲讲的是比算法更重要的东西:答案必须经得起检验。
一道看似简单的"持钱"问题,却完整呈现了《九章算术》方程术的标准程序。从列出线性方程组到算筹消元,每一步都有章可循,堪称古代线性方程组求解的"操作手册"。
一百只鹿进城,每家取一鹿取不完,三家共一鹿恰好分完。古人不用方程,用盈不足术两步假设锁定答案七十五家。
今有粟一斗,问为粝米几何?答曰六升。这是《孙子算经》里最简单的一道算术题,却开启了整部书的「粟米之法」——粟率五十、粝米率三十,一斗粟舂出来六升粗米。六十这个数字,是中国古代粮食加工的第一条国家标准。为什么糙米只有六成?因为谷壳和糠要占四成。
今有粟四斗五升,问为糳米几何?答曰二斗一升五分升之三。这道题的数字比上一讲大,术文也多出一个动作——「以二约」。把率先除以二,乘出来的数小一半,除起来也省一半力气。两千年前的算家,已经在用约分让计算变简单了。
今有粟七斗九升,问为御米几何?答曰三斗三升一合八勺。御米率二十一,出米率只有四成二——全卷最低。而答案里的「合」与「勺」是比升更小的两级单位,1 合 = 0.1 升,1 勺 = 0.01 升。一个 33.18 升,古人用四个单位记完;今天我们用一个小数点。
圆窖下周二百八十六尺,深三丈六尺,问受粟几何?答曰一十五万一千四百七十四斛七升二十七分升之一十一。周长平方除以十二就是圆面积——这个「十二」从周三径一里来;除以斛法则把体积变成斛。两道除法之间,隔着中国古代对圆的理解。
方窖广四丈六尺、长五丈四尺、深三丈五尺,问受粟几何?答曰五万三千六百六十六斛六斗六升三分升之二。乘法只有三步,难全在最后:86940 除以 1.62 得 53666 又三分之二斛,再把这个分数拆成六斗六又三分之二升——古算对分数的执着,在这道题里露了底。
圆窖周五丈四尺,深一丈八尺,问受粟几何?答曰二千七百斛。这道题是第 18 讲的姊妹篇,数字更小,而且答案正好凑成整数——周平方 2916,乘深得 52488,除以 12 得 4374,再用斛法一尺六寸二分一除,恰好 2700。古人选数选得恰到好处。
圆田周三百步、径一百步,问得田几何?答曰三十一亩,奇六十步。术文只有两句:半周得一百五十步,半径得五十步,相乘即得。这是中国古代最简洁的圆面积公式——不用圆周率,不用平方,一次乘法出结果。今天课本上的 πr²,是从它走过来的。
方田正中一棵桑树,从角到桑一百四十七步,问田几何?答曰一顷八十三亩,奇一百八十步。术文里藏着一步奇妙的手筋:147 乘 5 除 7,直接得到田半边长 105 步。这个 5 和 7,就是中国古代最早的根号二近似——一本题测丈量的书,藏着勾股定理的家底。
木方三尺、高三尺,欲方五寸作枕一枚,问得几何?答曰二百一十六枚。术文三步:方三尺相乘得九尺,乘高得二十七尺,再「以一尺木八枕乘之」——一步就出答案。这个「八」不是估的:五寸枕的体积恰好是一立方尺的八分之一,数字选得恰到好处。
堤下广五丈、上广三丈、高二丈、长六十尺,欲以一千尺作一方,问计几何?答曰四十八方。术文只说「并之得八丈,半之得四丈」——两句话就把梯形面积算完了。上广加下广再折半,这是中国古代第一次把「梯形法则」写进算书,今天积分的雏形就在这里。
沟渠广十丈、深五丈、长二十丈,以千尺作一方,问得几何?答案是一千段。这道题看似只是长×宽×深,难点全在第二步:一立方丈等于一千立方尺,体积单位的换算是长度单位换算的立方。今天每项工程预算里的土石方计算,走的仍是同一条思路。
今有积二十三万四千五百六十七步,问为方几何?答曰四百八十四步九百六十八分步之三百一十一。这道题开启了中国古代最重要的算法之一——开方。术文里「借一算为下法,步之超一位至百而止」十四个字,写的是最古老的试商定位法;而答案末尾那个九百六十八分之三百一十一,是古人处理「开不尽」的方式。
今有积三万五千步,问为圆几何?答曰六百四十八步一千二百九十六分步之九十六。这道题是第26讲的回转:面积已知,反求圆的周长。解法只有一句关键的「以十二乘之」——因为周三径一,周长平方除以十二正是圆面积,反过来就要乘十二。一步乘回去,开方就得答案。
邱田周六百三十九步、径三百八十步,问为田几何?答曰二顷五十二亩,奇二百二十五步。算法与第21讲一模一样:半周乘半径,除以亩法。但这次周与径都不是整数便利数——半周 319.5 步带半个,除亩法时拖出个十五分之四。把分数从个位一路带到末位,才是本题的真考验。
筑城上广二丈、下广五丈四尺、高三丈八尺、长五千五百五十尺,秋程人功三百尺,问须功几何?答曰二万六千一十一功。这是《孙子算经》里最像现代工程预算的一道题:算体积、定定额、除一下就得人数。两千年前的工部长官,用的就是今天造价工程师的算法骨架。
穿渠长二十九里一百四步,上广一丈二尺六寸,下广八尺,深一丈八尺,秋程人功三百尺,问须功几何?答曰三万二千六百四十五功。这道题藏着全书最容易绊人的单位陷阱:术文里的「一百八十五尺四寸」听起来是长度,其实是面积——平方尺里的「寸」,跟尺子上的寸不是一回事。
钱六千九百三十,令二百一十六人作九分之:八十一人得二分,七十二人得三分,六十三人得四分。问三种各得几何?答曰二分人得钱二十二,三分人得三十三,四分人得四十四。术文绕了一大圈——先按人数乘率、求和,再反除回来。今天一行加权平均能解决的事,古人拆了四次乘法。
五等诸侯共分橘子六十颗,人别加三颗,问五人各得几何?答曰公十八、侯十五、伯十二、子九、男六。这道题的答案恰好是一条等差数列:18、15、12、9、6,公差 -3。而这 -3,正是题目里「人别加三颗」那个三。爵位高低与分配等差,被一道题说得明明白白。
繁分数不仅能化简,还能加减乘除。孙子把前面学到的所有分数运算法则,统一应用在繁分数上。
甲乙丙三人持钱。甲说:把你们俩的一半给我,我就有九十。乙说:把你们俩的一半给我,我就有七十。丙说:把你们俩的一半给我,我就有五十六。问三人原各持多少?答曰甲七十二、乙三十二、丙四。这是《孙子算经》里最接近现代方程的一道题——三句话列出三个方程,解一个三元一次方程组。
女子善织,日自倍,五日织通五尺,问日织几何?答曰初日一寸三十分之一十九,次日三寸三十一分之七……这道题的五日产量构成一条公比为 2 的等比数列:1.6寸、3.2寸、6.5寸、12.9寸、25.8寸。术文只说了九个字——「列衰副并,得三十一为法」——三十一正是 1+2+4+8+16。两千年前,中国人已经在用等比求和。
盗库失绢,草中分绢:人得六匹盈六匹,人得七匹不足七匹。问人、绢各几何?答曰贼十三人,绢八十四匹。这道题用的「盈不足术」,是中算最伟大的输出之一——它把一个试错过程写成四则运算,九百年后经阿拉伯传遍欧洲,被称为「中国算术的平方」。
一千五百万丁,出兵四十万,问几丁科一兵?答曰三十七丁五分。术文只有九个字——实如法,即得。这一讲讲的是一次大数除法,也是《孙子算经》里最短的术文。
下周三丈六尺,高四尺五寸,问粟几何?答曰一百斛。术文一路乘下来,中间那个「以三十六除之」最扎眼——周长自乘之后凭什么要先除以三十六?这一讲讲的就是它。