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談談進位法 (第 7 頁)

唐文標

 

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.原載於數學傳播第四卷第三期
.作者當時任教於政大應數系
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(七)試論進位法系統

在人類發展過程的歷史中,各地民眾為了地區上的個別需要和限制,發明了數字系統。原始的數字系統應是簡單而且是整數性的。後來為了大數目的表現碰上困難,利用了變換組合來表達,但這種組合不方便於計算,有時統一起來形成了今日的進位法系統。

只是在發展過程中,難免用不同的基底來作進位法。

由於人類兩手拾指的天生條件;十進位法因而出生。但世界各地卻不一定做同一種考慮。

舉例來說:美中洲???的「馬雅文化」(Mayan Cultural) 的數字系統中,他們第一個數字基底用 20,第二個以後改用 18,因而進位法是 0, 20, 360, 7200, 144000 等,這個原因顯然也是為了周天三百六十度之故。

在「三百六十」這個宇宙數目限制下,用20,18,這種進位法,顯然解決了問題,而且20和18這二個數字,是在360不可能是某個基數平方下(如400是20之平方),最接近的二個因數,馬雅數字當然極為合理。

360 的因數頗多,比較可以考慮用來作進位法基底數目有 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 18, 20, 60,……

每一個都很可能,而且實際上也曾用過作為基底,在數學上,各有各的優點及應用的範圍,但也有其極限。

例如 2 原始民族中,用 2 來作基底者不少,「非此即彼」的認識觀念當時該是主要的。今日的訊息論 (Information theory) 的人若來考慮,會同意它給出訊息最多。不過,在現實生活中應用卻極為不便,尤其是不可能一直無限可分地追詢下去,不大適宜於日常生活的。

又如 3 古羅馬已用到三千數字一組,如 I,II,III,到了四便改為 IV,可能這是「我你他」三分法的引申,但在實際用途中,僅用三來表示多數,不很清楚。

又如 5, 6, 8 這類數字也有用來作基底的,如 8 可能是由二進位到了八卦道教的應用。 可能是數目含量仍是太小一點。

比較值得討論一下是基底 60 的進位法 用60為進位法,最大的困難是需要從 1 到 60 要有不同的命名或數學符號,當然乘數表也頗複雜了。但好處也不少,數學史家 Van der Warden 曾在《Science Awakeniag》中研究過。另外,數學史家 Neugebauer 在《Abhanflungen Gesellsehaft der Wissenschaften》(1927) 和 Thureau-Dahain 在《Esquiss d'une Histore du Systeme Sexagesimal》(1932) 中討論 60 進位法的起源和優點。主要有幾點:

(1) 60 可以將 10 進位大數字縮短, 10,00010=2,(46),40 (五位數變為三位數。)

(2) 60 的因數一共有 10 個(比較10只有二個)(1 及本身不算)

(3) 用 60 進位法,(因數較多),故此比較多有限個數。古人不喜小數,很希望一半,三分之一,四分之一,五分之一,六分之一這一類的常用分數都成整數單位,這樣,60是最適當的選擇。(若容許 1=60'1/4=15'1/8=7'30"……這種60進位法,則 1 至 20 之間有 13 個有限小數: 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/8, 1/9, 1/10, 1/12, 1/15, 1/16, 1/18, 1/20,而 2 進位法只有 4 個,1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 10 進位法只有 7 個,1/2, 1/4, 1/5, 1/8, 1/10, 1/16, 1/20)但 60 這個數字實在太大了,歐語系的語言大都用 20 來補助在習慣上至今仍殘留 20 的遺跡。

還有一個值得研究的基底是12 德國數學家 Heinrich Tietze 在《Famous Problems of Mathematics》一文中曾論到,認為用基底 12 的理由和用 10 是一樣的,沒有理由相信用 10 進位法比較好,事實上,一切數字的本質,例如大小質量,數字間的關係,以至基本運算的性質,跟代表數字的背後之數字系統是 10 進位呢?還是 12 進位呢?並無依賴性,比方說數字的平方、立方……仍然保持原來性質甚至連數字是質素數或複合數也一樣。僅人的習慣,後天因數字而起的影響改變了。人們不再在 12 進位中慶祝百年紀念,因它不是一個成數的 84 而已。在因數考慮方面,12 有 2,3,4,6, 四個,10 只有 2,5 二個,12 進位在計算上似乎比較方便一點點,(尤其是分數方面,)我們認為,12 進位法可能較 10 為好,但也許並非好得太多。

   

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編輯:洪瑛 最後修改日期:4/26/2002