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  数的进制种类及其应用

大多数的古代数字系统都用十做基数。我们猜测,人们在开始的时候大概都是用十个手指来数数的。其实,“十”这个数并没有什么奇特的地方,用别的数做基数也同样很方便。

世界上较早采用位值制计数法的有古巴比伦、玛雅、印度和中国等,这些地区的民族对进制的研究与发展都作出过重要的贡献。

古巴比伦的数学与天文学比较发达,他们采用的计数法是十进位和六十进位法。六十进位法应用于计算周天的度数和计时,至今为全世界所沿袭。

        

玛雅人是中美洲印第安人的一支,在公元前后创造了灿烂的玛雅文化,他们创造了一种二十进位值制的计数法,其中有非常明确的零号,它形如贝壳或一只半睁的眼睛。可以想象玛雅人使用的二十进制很可能是用手指和脚趾一起来计数的,有时他们也用六十进制。

早期人们用位值制记数法的时候,遇到了空位,需要一个合适的记号,就用不同的方式来表示零。因而,最初的零可能是由位值制计数法产生的。

在中国我们是最早开始使用十进制的,也曾在不同的地方使用二进制、十六进制和六十进制。

古希腊人采用的是字母计数法,就是按照字母表的顺序,每一个字母表示一个数字。而且一个特别有趣的事情是,它们在整数部分采用的是十进制,而在1以下的分数为60进制。更为奇特的是,它的整数是非位值制的,而1以下的分数却是60进位值制,这个部分显然是受到巴比伦的影响。

  由巴比伦人创造的六十进位制一直沿用到现在。我们今天计算时间,就是把一小时分成六十分钟,一分钟又分成六十秒;对于地球经纬度的划分,也是把一度分成六十分,每一分又分成六十秒。

为什么时间和角度的单位用六十进位制

时间的单位是小时,角度的单位是度,从表面上看,它们完全没有关系。可是,为什么它们都分成分、秒等名称相同的小单位呢?为什么又都用六十进位制呢?

我们仔细研究一下,就知道这两种量是紧密联系着的。原来,古代人由于生产劳动的需要,要研究天文和历法,就牵涉到时间和角度了。譬如研究昼夜的变化,就要观察地球的自转,这里自转的角度和时间是紧密地联系在一起的。因为历法需要的精确度较高,时间的单位"小时"、角度的单位"度"都嫌太大,必须进一步研究它们的小数。

时间和角度都要求它们的小数单位具有这样的性质:使1/2、1/3、1/4、1/5、1/6等都能成为它的整数倍。以1/60作为单位,就正好具有这个性质。譬如:1/2等于30个1/60,1/3等于20个1/60,1/4等于15个1/60……。

数学上习惯把这个1/60的单位叫做"分",用符号"′"来表示;把1分的1/60的单位叫做"秒",用符号"″"来表示。时间和角度都用分、秒作小数单位。

这个小数的进位制在表示有些数字时很方便。例如常遇到的1/3,在十进位制里要变成无限小数,但在这种进位制中就是一个整数。

这种六十进位制(严格地说是六十退位制)的小数记数法,在天文历法方面已长久地为全世界的科学家们所习惯,所以也就一直沿用到今天。

古希腊的天文学家托勒密在他的著作《天文学大成》中使用了60进分数。把圆周分为360度,每度60分,每分60秒。他的计法很奇特,如41°0′48″记为, 0°34′4″记为。他所使用的字母计数法μ=40,α=1,ι=10,η=8,字母上画横线表示它们是数,以与文字相区别。于是μα=41,ιη=18,前者放在度的位置上表示41°,后者放在秒的位置上表示18″,表现出位值制的思想。

按位值制,分的位置上没有数,于是用希腊文ονδεν(没有东西)的头一字母ο来表示没有数的空位,意为“此处没有数”。这可以说是世界上第一次用小圈ο表示零的意思。但是托勒密的小圈只用于60进分数。托勒密的小圈也用于表“空位”和指示数位,没有作为数参加运算,也没有单独使用的情况。

由此看来六十进位制的产生可能是与天文学的研究有很大的关系。苏美尔人和巴比伦人在天文观测与计算方面都曾做出过很多的贡献。