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数学史自选集下册:分数性质与四则运算

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:约分 分数的约简称做约分,是第7条:有曰:约分术曰:可半,半之。合分 分数的加法,《筭数书》称为“合分”,与《九章筭术》相同。这实际上是除数为分数的除法。

数学史自选集下册:分数性质与四则运算

1.分数的性质

分数的性质在《筭数书》的第4,5,6条。第4条是:

增减分 增分者,增其子;减分者,增其母。

它的意思是明显的:要增加一个分数的值,可以通过增加它的分子来实现;要减小一个分数的值,可以通过增加它的分母来实现。第5条是:

分当半者 诸分之当半者,倍其母;当少半者,三其母;当四分者,四其母;当五分者,五其母;当十、百分者,辄十、百其母。如欲所分,虽有百分,以此进之。约分 约分术曰:以子除母,母亦除子,子、母数交等者,即约之矣。

笔者将第6条并入第5条。显然,此条是第4条“增减分”原理的具体应用。

2.分数四则运算

分数的四则运算在《筭数书》第1,2,7~10条中,包括了分数的约简和加、减、乘、除的方法。

(1)约分 分数的约简称做约分,是第7条:

有曰:约分术曰:可半,半之。可令若干一、若干一。其一术曰:以分子除母,少,以母除子,子、母等,以为法。子、母各如法而成一。不足除者可半,半母亦半子。二千一十六分之百六十二,约之,百一十二分之九。

这里有两条抽象性术文,其程序完全一致,亦与《九章筭术》的“约分术”[4]一致,只是三者的表述文字略有差别。“除”,减也。这是说,如果分子、分母能同时被二整除,则首先被二除。否则,分子、分母,以小减大,展转相减,直到分子、分母相等,以此相等的数(《九章筭术》称为“等数”)同时约分子、分母。《筭数书》给出了一个例题:约简。分子、分母都可被2整除,首先约成;然后,以小减大,展转相减,

(81,1 008)→(81,36)→(9,36)→(9,9)

以9除分子、分母,得

(2)合分 分数的加法,《筭数书》称为“合分”,与《九章筭术》相同。《筭数书》第8条“合分”是:

合分 合分术曰:母相类,子相从。母不相类,可倍,倍;可三,三;可四,四;可五,五;可六,六;七亦辄。倍,倍,三、四、五之,如母。母相类者,子相从。其不相类者,母相乘为法,子互乘,并,以为实,如法成一。今有五分二、六分三、十分八、十二分七、三分二,为几何?曰:二钱六十分钱五十七。其术如右方。有曰:母乘母为法,子羡乘母为实,实如法而一。其一曰:可十,十;可九,九;可八,八;可七,七;可六,六;可五,五;可四,四;可三,三;可倍,倍;母相类止。母相类,子相从。

这里有四段抽象性术文,都是首先区分相加的各个分数是不是同分母。《筭数书》将同分母称为“相类”。如果是同分母,则将诸分子相加。如果不是同分母,则有两种方法处理。第一、四段术文是第一种方法,这是将各个分数的分母根据情况分别乘以2,3,4…,直到化成同分母为止,分子亦分别乘同样的数,然后将诸分子相加。第二、三段术文是第二种方法,这是将诸分母互乘,作为法,分子互乘分母,相加,作为实,实除以法。以三个分数为例:

显然,第一种方法比较复杂,而第二种方法则与《九章筭术》的“合分术”相同。《筭数书》给了一个求

的例题。《释文》的数字错讹严重,我们作了校勘。

(3)减分与课分 分数减法在《九章筭术》中称为“减分术”。《筭数书》有分数减法的抽象性术文与例题,却无“减分术”的名称。《筭数书》更无“课分”与“课分术”的名称。但是有求解一个分数益之多少而成为另一个分数的问题,类似于《九章筭术》的“课分术”,故借用这个术语,难以确切。两者的例题与术文在第10条“出金”中:

出金 有金三朱九分朱五。今欲出其七分朱六,问:余金几何?曰:余金二朱六十三分朱四十四。其术曰:母相乘也为法,子互乘母,各自为实,以出除焉,余即余也。以九分朱乘三朱,与小五相并。今有金七分朱之三,益之几何而为九分七?曰:益之六十三分朱廿二。术曰:母相乘为法,子互乘母,各自为实。以少除多,余即益也。(www.xing528.com)

显然,这里给出的两个问题其实质相同而稍有差别。第1个例题是求一个分数减另一个分数的余数,第2个例题是求一个分数加上多少而得到另一个分数。两者都给出了抽象性术文,并且其程序一致,用现代符号表示就是:

也都与《九章筭术》相同。

(4)乘分 分数乘法在《筭数书》中有两个名称,在第1条“相乘”中称为“乘分术”,与《九章筭术》相同。在第2条“分乘”中称为“分乘分术”。前者是:

乘分之术曰:母乘母为法,子相乘为实。

后者是:

分乘 分乘分术皆曰:母相乘为法,子相乘为实。

两者几乎完全一致,亦即:

都与《九章筭术》的“乘分术”相同。除了第1,3条的分数乘法算表外,《筭数书》未给出其他的例题。

(5)径分 “径分”就是以整数除分数的除法,在《九章筭术》中称做“经分”。“径分”在《筭数书》的第9条:

径分 径分以一人命其实,故名。五人分三有半、少半,各受卅分之廿三。其术曰:下有少半,以一为六,以半为三,以少半为二,并之,为廿三。即值人数,因而六之,以命其实。五人分七钱少半钱、半钱。人得一钱卅分钱十七。术曰:下三分,以一为六,即因而六人以为法,亦六钱以为实。有曰,术曰:下有半,因而倍之;下有三分,因而三之;下有四分,因而四之。

这里有两个题目。此条的术文是抽象性的,然而只说明了如何通分,大约因为在通分之后的程序是不言自明的。其通分亦与《九章筭术》的“经分术”“少广术”相同。它的完整程序是:

《筭数书》的“径分术”像《九章筭术》“经分术”的第1个例题一样,其被除数是由“合分术”得出的分数,而除数是一个整数。《九章筭术》“经分术”的第2个例题是除数为分数的情形,《筭数书》的“径分术”没有这类的例题。

(6)石率术 “石率术”在第30条:

之术曰:以所卖买为法,以得钱乘一石数,以为实。其下有半者倍之,少半者三之,有斗、升、斤、两、朱者亦皆破其上,令下从之以为法,钱所乘亦破如此。

这是一条抽象性术文。这实际上是除数为分数的除法。显然,它类似于《九章筭术》粟米章的第2条“经率术”。不过,后者更宽泛,更抽象,它以“所求率”取代“一石数”,其例题除“石率之”外,还有“斗率之”“丈率之”“匹率之”。[2]《筭数书》随后的一条是“石率术”的应用。这就是“贾盐”条。

贾盐 今有盐一石四斗五升少半升,贾,取钱百五十,欲石之,为钱几何?曰:百三钱四百卅六分钱九十二。术曰:三盐之数以为法,亦三一石之升数,以钱乘之为实。

其算式是:

钱数=150钱÷1石4斗5升=(150钱×3)÷(436/300石×3)

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