Двадцатеричная система древних майя

Современные исследователи отмечают, что животные разных видов, начиная с рептилий, обладают способностями обобщения, ряд позвоночных способны к зачаткам “символического мышления человека”. А вороны, например, “способны не только к анализу ситуации, но и к обобщению, а также к формированию довербального понятия “число”.

Человек научился сознавать и оперировать различными понятиями, мыслить и у него возникла необходимость в создании системы счета.

Первыми понятиями математики, с которыми столкнулись люди, были понятия «больше», «меньше», «столько же». Прошло очень много времени, прежде чем появились названия чисел и различные системы счисления.

На уроке математики нам кратко рассказывали о различных системах счёта. И я решил узнать подробнее о них и других древних системах счёта.

Системы счисления (нумерация) — символический метод записи чисел, представление их с помощью письменных знаков.

Считать научились еще в незапамятные времена. Сначала люди различали просто один предмет или много. Прошло очень много времени, прежде чем появилось число два. Счет парами очень удобен, и не случайно у некоторых племен Австралии и Полинезии до самого последнего времени были только два числительных: один и два. А все числа, большие двух, получали названия в виде сочетаний этих двух числительных. Например: три—один и два; четыре—два и два; пять—два, два и один и т. д.

У первобытного человека не было потребности в счёте больших количеств. Поэтому счет доходил до 2 или до 3 - всё превышающее этот рубеж, первобытному человеку представлялось как “много”. Числительное “два” имело качественное происхождение - пара рук, ног, глаз и пр.

Затем, в процессе развития обмена - появились естественные эталоны счёта: узелки, камешки, ракушки и пр.

Лучший пример сказанного: древнеиндийская система счисления, где Луна - единица, два - близнецы или глаза, пять - чувства, шесть - запахи, семь - горы, восемь - боги и т. д.

Постепенно для счёта предметов стала применяться более или менее однородные предметы (пальцы рук, если их не хватало, в ход шли ноги). И даже в наше время еще пользуются этим древним счетным прибором, который всегда при нас. Семилетние дети, начиная учиться, часто пользуются при счете своими пальцами.

А вот у обитателей одного из Малазийских островов, обозначения чисел выглядят следующим образом: 1 = “маленький палец правой руки”, 2 = “безымянный палец”, 3 = “средний палец”, 4 = “указательный палец”, 5 = “большой палец”, 6 = “кисть”, 7 = “локоть”, 8 = “плечо”, 9= “ухо”, 10 = “правый глаз”, 11 = “левый глаз, 12 = “нос”, 13 = “рот”, 14 = “левое ухо” и т. д.

Собственная история счета начинается лишь тогда, когда счет сопровождает материальную манипуляцию откладывания, перекладывания, прибавления и т. п. , конкретно проводимую с самими предметами.

Уже при более высокой стадии развития люди при счете стали применять различные предметы. Так, одни пользовались для запоминания числа камешками, зернами, веревкой с узелками, другие — палочками с зарубками (бирками), связкой прутьев, кучей раковин, камней и пр Так в 1937 году в раскопках около деревни Вестонице в Моравии (Чехословакия) была обнаружена лучевая кость молодого волка с отметинами. Эта находка старейшая из найденных записей числа (кость относится к ХХХ веку до н. э. ). Кость имеет длину в 18 см, на которой высечено 55 глубоких зарубок - параллельных черточек.

Это были первые счетные приборы, которые, в конце концов, привели к образованию различных систем счисления и к созданию современных быстродействующих электронных счетных машин.

ДРЕВНИЕ СИСТЕМЫ СЧЕТА.

1. Двадцатеричная система древних майя.

Древние майя пользовались двадцатеричной системой счисления, или счета. Почему именно число 20 наряду с единицей стало основой их счета, сейчас невозможно установить с достаточной достоверностью. Но на помощь приходит простая логика. Она подсказывает, что, скорее всего, сам человек был для древних майя той идеальной математической моделью, которую они и взяли за единицу счета. Действительно, что может быть естественней и проще, коль скоро сама природа «расчленила» эту единицу «счета» на 20 единиц второго порядка по числу пальцев на руках и ногах?

Древние майя записывали цифровые знаки, не горизонтально, а вертикально, снизу вверх, как бы возводя некую этажерку из цифр. Поскольку счет был двадцатеричным, то каждое начальное число следующей верхней позиции, или порядка, было в двадцать раз больше своего соседа с нижней полки «этажерки майя» (если бы майя пользовались десятеричной системой, то число было бы больше не в двадцать, а только в десять раз). На первой полке стояли единицы, на второй — двадцатки и т. д.

Сначала майя использовали для обозначения чисел иероглифические символы:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Затем они стали записывать свои цифровые знаки в виде точек и тире, причем, точка всегда означала единицы данного порядка, а тире — пятерки.

2. Древнеегипетская десятичная система.

В древнеегипетской системе счисления, которая возникла во второй половине третьего тысячелетия до н. э. , использовались специальные цифры для обозначения чисел. Числа в египетской системе счисления записывались как комбинации этих цифр, в которых каждая из них повторялась не более девяти раз.

Так число 345 древние египтяне записывали так: , где — единицы, — десятки, — сотни, — тысячи.

3. Вавилонская шестидесятеричная система.

Также далеко от наших дней, за две тысячи лет до н. э. , в другой великой цивилизации — вавилонской — люди записывали цифры по-другому.

Числа в этой системе счисления составлялись из знаков двух видов: прямой клин служил для обозначения единиц, а лежачий клин — — для обозначения десятков. Число 32, например, записывали так:. Знаки и служили цифрами в этой системе. Число 60 снова обозначалось тем же знаком , что и 1. Поэтому вавилонская система счисления получила название шестидесятеричной.

Для определения значения числа надо было изображение числа разбить на разряды справа налево. Новый разряд начинался с появления прямого клина после лежачего, если рассматривать число справа налево.

2-й разряд 1-й разряд

Так как система была шестидесятеричной, то число 92, например, раскладывали на 60+32 и записывали так:.

Впоследствии вавилоняне ввели специальный символ для обозначения пропущенного шестидесятеричного разряда — , что соответствует появлению цифры 0 в записи десятичного числа.

4. Римская система счисления.

Древние римляне пользовались нумерацией, сохраняющейся до настоящего времени под именем "римской нумерации", в которой числа изображаются буквами латинского алфавита. При этом буква I всегда означает единицу, буква - V пять, X - десять, L - пятьдесят, C - сто, D - пятьсот, M - тысячу и т. д.

О происхождении римских цифр достоверных сведений нет. Цифра V могла первоначально служить изображением кисти руки, а цифра Х могла составиться из двух пятерок. В римской нумерации явственно сказываются следы пятеричной системы счисления. Все целые числа (до 5000) записываются с помощью повторения вышеприведенных цифр. При этом, если бóльшая цифра стоит перед меньшей, то они складываются (Например, VI = 6, т. е. 5 + 1; LX = 60, т. е. 50 + 10), если же меньшая стоит перед бóльшей (в этом случае она не может повторяться), то меньшая вычитается из бóльшей: IV = 4, т. е. 5 — 1; XL = 40, т е. 50 — 10). Подряд одна и та же цифра ставится не более трех раз: LXX = 70; LXXX = 80; число 90 записывается ХС (а не LXXXX).

Типичные примеры, общих правил записи чисел в римской системе счисления, приведены в таблице.

Таблица 1. Запись чисел в римской системе счисления

1 - I 11 - XI 200 - CC

2 - II 13 - XIII 438 - CDXXXVIII

3 - III 18 - XVIII 649 - DCXLIX

4 - IV 19 - XIX 999 - CMXCIX

5 - V 22 - XXII 1207- MCCVII

6 - VI 34 - XXXIV 2045 - MMXLV

7 - VII 39 - XXXIX 3555 - MMMDLV

8 - VIII 40 - XL 3678 - MMMDCLXXVIII 3900 - MMMCM

9 - IX 60 - LX 3999 - MMMCMXCIX

10 – X 99- XCIX

5. Двенадцатеричная система счисления.

Довольно широкое распространение имела двенадцатеричная система счисления.

Происхождение её тоже связано со счетом на пальцах. Считали большим пальцем руки - фаланги остальных четырёх пальцев (всего их 12), перебирая их по очереди. Затем число 12 принимается за единицу следующего разряда и т. д. Элементы двенадцатеричной системы счисления сохранились до сих пор.

6. Алфавитные системы счисления.

Алфавитные системы счисления представляют особую группу. В них для записи чисел использовался буквенный алфавит. Примером алфавитной системы счисления является славянская. У одних славянских народов числовые значения букв устанавливались в порядке следования букв славянского алфавита, у других, в частности у русских, роль цифр играли не все буквы, а только те, которые имеются в греческом алфавите.

В славянской системе нумерации для записи чисел использовались все буквы алфавита, правда, с некоторым нарушением алфавитного порядка. Различные буквы означали различное количество единиц, десятков и сотен. Например, число 231 записывалось в виде ~ СЛА (C — 200, Л — 30, А — 1).

Над буквой, обозначающей цифру, ставился специальный знак - "титло" (отсюда - число). Славянская система счисления сохранилась в богослужебных книгах (См. приложение №2). Алфавитная система счисления была распространена у древних армян, грузин, греков, арабов, евреев и других народов Ближнего Востока.

Десятичная система счисления.

Самая известной и используемой в настоящее время системой счисления – является десятичная система. Изобретение десятичной системы счисления относится к главным достижениям человеческой мысли. Без нее вряд ли могла существовать, а тем более возникнуть современная техника. Причина, по которой десятичная система счисления стала общепринятой, вовсе не математическая. Люди привыкли считать в десятичной системе счисления, потому что у них по 10 пальцев на руках.

Десятичная система впервые появилась в Индии примерно в VI веке новой эры. Индийская нумерация использовала девять числовых символов и нуль для обозначения пустой позиции.

В древности цифры этой системы изображались с углами.

Это было не случайно: каждая цифра обозначает число по количеству углов в ней. Например, 0 – углов нет, 1 – один угол, 2 – два угла и т. д.

В дальнейшем написание десятичных цифр претерпело существенные изменения. Форма цифр, которой мы пользуемся сейчас, установилась только в XVI веке.

Двоичная система счисления.

Наименьшее из чисел, которое можно взять за основание системы счисления, — это число два. Соответствующая этому основанию система, называемая двоичной, — одна из самых старых.

Некоторый недостаток двоичной системы состоит в том, что поскольку основание системы мало, для записи даже не очень больших чисел приходятся использовать много знаков. Например, число 1000 записывается в двоичной системе в виде 1111101000, т. е. с помощью десяти цифр.

Однако этот ее недостаток, часто окупается рядом преимуществ. Удобство этой системы — в ее необычайной простоте. В двоичной системе участвуют только две цифры 0 и 1, а число 2 представляет собой уже единицу следующего разряда. Весьма просто выглядят и правила действия над числами, записанными в двоичной системе. Основные правила сложения даются равенствами: 0+0=0,0+1=1,1+1=(10)2.

Все это послужило причиной того, что двоичная система получила широкое распространение в различных областях техники, в особенности в современных вычислительных машинах.

Таблица 2. Запись чисел в двоичной системе счисления.

1 - 1 17 - 10001 33 - 100001 49 - 110001

2 - 10 18 - 10010 34 - 100010 50 - 110010

3 - 11 19 - 10011 35 - 100011 51 - 110011

4 - 100 20 - 10100 36 - 100100 52 - 110100

5 - 101 21 - 10101 37 - 100101 53 - 110101

6 - 110 22 - 10110 38 - 100110 54 - 110110

7 - 111 23 - 10111 39 - 100111 55 - 110111

8 - 1000 24 - 11000 40 - 101000 56 - 111000

9 - 1001 25 - 11001 41 - 101001 57 - 111001

10 - 1010 26 - 11010 42 - 101010 58 - 111010

11 - 1011 27 - 11011 43 - 101011 59 - 111011

12 - 1100 28 - 11100 44 - 101100 60 - 111100

13 - 1101 29 - 11101 45 - 101101 61 - 111101

14 - 1110 30 - 11110 46 - 101110 62 - 111110

15 - 1111 31 - 11111 47 - 101111 63 - 111111

16 - 10000 32 - 100000 48 - 110000 64 - 1000000

Рассмотрим задачу, связанную с двоичной записью чисел.

С помощью двоичной системы счисления можно угадать любое целое число от 1 до 1000, задав не более 10 вопросов, на каждый из которых будет получен ответ только «да» или «нет»? Задача эта вполне разрешима.

Одна из возможных серий вопросов, заведомо приводящая к успеху, такова: 1-й вопрос: Разделите задуманное число на 2. Разделится ли оно без остатка? Если ответ «да» то запишем цифру ноль, если «нет», то запишем единицу (иначе говоря, мы запишем остаток от деления задуманного числа на 2)

2-й вопрос: Разделите на 2 то частное, отбрасывая остаток, которое получилось при первом делении. Делится ли оно без остатка? Снова при ответе «да» запишем нуль, а при ответе «нет» единицу. Запись ведется справа налево.

Каждый следующий вопрос будем составлять по тому же самому образцу, т. е. так: разделите на 2 то частное, которое получилось при предыдущем делении. Делится ли оно без остатка? Всякий раз мы пишем нуль при положительном ответе и единицу при отрицательном. Повторив эту процедуру 10 раз до единицы, мы получим 10 цифр, каждая из которых есть нуль или единица. Не трудно убедиться в том, что эти цифры образуют запись искомого числа в двоичной системе. Если перевести его в десятеричную систему, то мы получим задуманное число.

Система наших вопросов воспроизводит ту самую процедуру, с помощью которой делается перевод некоторого числа в двоичную систему. При этом десяти вопросов достаточно потому, что каждое число от 1 до 1000 записывается в двоичной системе с помощью не более чем десяти знаков.

Например: Задумано число «63».

Задаем вопрос: Разделите это число на «2». Делится ли оно без остатка?

63 : 2 = 31,5 - Нет. Значит, мы записываем число «1». Далее продолжаем деление целого числа без остатка: 31 : 2 = 15,5 Остаток есть и мы вновь записываем число «1» и т. д. 15 : 2 = 7,5 - записываем число «1»; 7 : 2 = 3,5 - записываем число «1»; 3 : 2 = 1,5 - записываем число «1»; 1 : 2 = 0,5 - записываем число «1». Получилось число «111111», Если перевести это число из двоичной в десятичную систему, то мы получим число «63».

Если считать, что задуманное число уже заранее переведено в двоичную систему, то система вопросов, с помощью которой его можно узнать, становится совершенно очевидной: нужно о каждой его цифре спросить, равна она нулю или нет.