Глава I. Исторические вопросы возникновения чисел и системы счисления.

1. Исторические вопросы возникновения чисел

Покупатель, приходя в магазин, видит товары самой разной стоимости: есть очень дешевые, есть непомерно дорогие. Чтобы упростить расчеты при покупке, Центральный Банк выпускает денежные знаки различного достоинства. Когда фотограф или аптекарь для приготовления нужного ему раствора взвешивает порошки, он использует специальные аптекарские весы и набор гирек разной массы. Точно так же из базовых элементов, или ключевых чисел, строится любая числовая система.

Если при взвешивании порошка аптекарь положил на чашу весов две гирьки по 50г, одну гирьку в 2г, то вес порошка составил 2х50г+1х5г+1х2г=107г. Но и сама запись числа 107 связана со специальной числовой базой, а именно 1,10,100,… Так, цифра 1 задает число сотен, о – число десятков, 7 – число единиц. Элементы числовой базы, или ключевые числа, в данном случае представляют собой степени десяти: 1=10⁰, 10=10¹, 100=10², 1000=10³ и т.д. В десятичной системе всего десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Говорят, что эти цифры представляют собой коэффициенты разложения заданного числа по степеням 10, а само число 10 называют основанием системы счисления. «Вес» цифры в десятичной записи числа определяется позицией: чем дальше отстоит данная позиция от крайнего правого ряда единиц, тем большую солидность и «вес» она имеет. Поэтому принятая система записи чисел называется десятичной позиционной системой счисления. Сейчас десятичная система счисления применяется почти повсеместно. Но и теперь есть еще племена, которые довольствуются при счете пальцами одной руки. У них система счета оказалась пятеричной. В странах, где люди ходили босиком, по пальцам легко было считать до 20, поэтому довольно большое распространение получила двадцатеричная система счисления. Самым серьезным соперником десятеричной системы оказалась двенадцатеричная. Вместо десятков применяли при счете дюжины, то есть группы из 12 предметов. Во многих странах даже теперь некоторые товары, например, ножи, вилки, ложки продают дюжинами. В столовой сервиз, как правила, входит 12 тарелок, 12 чашек, 12 блюдец. Победа над всеми соперницами объясняется тем, что у человека на каждой руке по 5 пальцев. Было бы их по шесть, считали бы мы не десятками, а дюжинами. А если бы у нас, как у лошадей, на руках и ногах были копыта, то арифметика была бы такой же, как у папуасов, - мы считали бы парами. Но странные повороты делает история! Именно двоичная система счисления счета оказалась самой полезной для современной техники, на основе двоичной арифметики работают современные ЭВМ.

Различные способы счета и нумерации

Долгое время после того, как появились названия чисел, люди их не записывали. Причина для этого была самая уважительная – они не умели писать. Поэтому, если кому-нибудь надо было переслать другому человеку сведения, где участвовали числа, прибегали к зарубкам на дереве или на кости, к узелкам на веревках, рисункам на мягкой глине и т.д. такие знаки уже нельзя было перекладывать с места на место, убирать одни и добавлять другие. Вместо этого приходилось думать, мысленно выполнять операции над знаками.

Но все же это еще не была настоящая арифметика. Знаки на глине обозначали не числа, а предметы – головы скота, мешки с зерном, кувшины масла. Их приходилось изображать столько же, сколько было предметов. С этим еще можно было мириться. Пока учет велся в пределах одного хозяйства, одной деревни. Но когда возникли государства, старые методы обозначения стали негодными. Для записи больших чисел уже нельзя было обойтись ни зарубками на бирках, ни узелками, ни глиняными фигурками.

И вот примерно 5 тысяч лет тому назад было сделано замечательное открытие. Люди догадались, что можно обозначать знаком не одну голову скота, а сразу десять или сто голов, не один мешок зерна. А сразу 6 или 60 мешков.

Например, египтяне обозначали десяток знаком (единицу они обозначало просто вертикальной черточкой , как это делаем и мы), десять десятков, то есть сотню – знаком .Появились знаки для тысячи - (цветок лотоса), десятка тысяч - (поднятый кверху палец), ста тысяч (сидящая лягушка) и миллиона (человек с поднятыми руками).

Чтобы написать какое-нибудь число, египетский писец бесхитростно писал столько раз знак j, сколько в этом числе тысяч, затем столько раз, сколько в оставшейся части сотен и т.д. запись. Показанная на таблице, означала, что в числе 2 тысячи, 3 сотни, 6 десятков и 7 единиц.

Писать много раз один и тот же знак, разумеется, весьма неудобно. Более экономичной является позиционная система записи чисел, где имеет значение не только начертание цифры, но и ее позиция, положение среди других цифр. Позиционная является современная система записи чисел, которую мы изучаем в школе. В позиционной системе счисления один и тот же знак может означать различные числа в зависимости от места (позиции) занимаемого этим знаком в записи числа. Например, в числе 18 цифра 8 означает 8 единиц, в числе 82 – 8 десятков или 8/0 единиц, а в числе 875 – 8 сотен или 800 единиц. Шестидесятеричная вавилонская и десятичная системы счисления являются позиционными.

Непозиционные системы характеризуются тем, что каждый знак (из совокупности знаков, принятых в данной системе для обозначения чисел) всегда обозначает одно и то же число, независимо от места (позиции), занимаемого этим знаком в записи числа. Примером такой системы может служить римская система, возникшая в середине века.

Интересны были различные методы обозначения чисел, придуманные египтянами и вавилонянами, греками и римлянами. Но у всех этих методов был один недостаток: по мере увеличения чисел нужны были все новые и новые знаки. Один из величайших древнегреческих математиков Архимед научился называть громадные числа, но обозначать он их не умел. Не хватало ему самой малости. Архимед, один из гениальнейших математиков в истории человечества, не додумался до … нуля!

Знакомясь в первом классе с числом 0, вряд ли кто-нибудь себе представлял, что это одно из величайших изобретений в математике. Только после того, как люди научились обозначать пропущенные разряды в позиционной записи чисел, они получили в руки могучее орудие познания природы. Без нуля не было бы современной математики, не было бы таких достижений человеческого разума, как вычислительные машины и космические корабли.

Впервые нуль был придуман вавилонянами примерно две тысячи лет тому назад. Но они применяли его лишь для обозначения пропущенных разрядов в середине числа. Писать нули в конце записи числа они не догадались.

В Индии примерно полторы тысячи лет тому назад нуль был присоединен к девяти цифрам и появилась возможность обозначать этими десятью цифрами любое число, как бы оно велико ни было. И самое главное, запись таких гигантских чисел стала довольно короткой. Приведу название некоторых больших чисел с указанием числа нулей после единицы.

Название класса	Число нулей	Запись числа	Степень
Тысяча	3	1 000	10^3
Миллион	6	1 000 000	10^6
Миллиард (биллион)	9	1 000 000 000	10^9
Триллион	12	1 000 000 000 000	10^12
Квадриллион	15	1 000 000 000 000 000	10^15
Квинтиллион	18	1000 000 000 000 000 000	10^18

Индийской системой обозначений мы пользуемся до сих пор. Это не значит, что индийские цифры имели с самого начала современный вид. В течение многих столетий, переходя от народа к народу, они много раз изменялись, пока приняли современную форму. Арабы заимствовали у индийцев цифры и позиционную десятичную систему записи чисел. Европейцы, в свою очередь, узнали ее от арабов. Поэтому наши цифры в отличие от римских, стали называться арабскими. Правильнее было бы называть их индийскими. Они употребляются в нашей стране, начиная примерно с XVII века.

Обычно вопросы исторического характера рассматриваются как некоторая необязательная, дополнительная часть курса и выносятся во внеклассную работу. В учебнике математики Л.Г. Петерсон во II классе подробно рассматривается материал, связанный с историей развития понятия числа. Дети должны в сжатой, сокращенной форме пройти и «пережить» весь тот исторический путь, который прошло человечество от операций с конкретными множествами предметов к числам и операциям над ними. Основные этапы этого пути отражены в учебнике И.Я. Депмана, Н.Я. Виленкина «За страницами учебника математики».