Арифметика - искусство вычислений, производимых с положительными действительными числами.
Краткая история арифметики
С глубокой древности работа с числами подразделялась на две различные области: одна касалась непосредственно свойств чисел, другая была связана с техникой счёта. Под «арифметикой» во многих странах обычно имеется ввиду именно эта последняя область, которая несомненно является старейшей отраслью математики.
По-видимому, наибольшую трудность у древних вычислителей вызывала работа с дробями. Об этом можно судить по папирусу Ахмеса (называемому также папирусом Ринда), древнеегипетскому сочинению по математике, датируемому примерно 1650 до н.э. Все дроби, упоминаемые в папирусе, за исключением 2/3, имеют числители, равные 1. Трудность обращения с дробями заметна и при изучении древневавилонских клинописных табличек. И древние египтяне, и вавилоняне, по-видимому, производили вычисления с помощью некоторой разновидности
абака. Наука о числах получила у древних греков существенное развитие начиная с Пифагора, около 530 до н.э. Что же касается непосредственно техники вычисления, то в этой области греками было сделано гораздо меньше.
Жившие позднее римляне, напротив, практически не внесли никакого вклада в науку о числе, зато исходя из нужд быстро развивавшихся производства и торговли усовершенствовали абак как счётное устройство. О зарождении индийской арифметики известно очень мало. До нас дошли лишь некоторые более поздние работы о теории и практике операций с числами, написанные уже после того, как индийская позиционная система была усовершенствована посредством включения в нее нуля. Когда в точности это произошло, нам достоверно неизвестно, но именно тогда были заложены основы для наших наиболее распространенных арифметических алгоритмов.
Индийская система счисления и первые арифметические алгоритмы были заимствованы арабами. Самый ранний из дошедших до нас арабских учебников арифметики был написан аль-Хорезми около 825. В нем широко используются и объясняются индийские
цифры. Позднее этот учебник был переведен на латынь и оказал значительное влияние на Западную Европу. Искаженный вариант имени аль-Хорезми дошел до нас в слове «алгоризм», которое при дальнейшем смешении с греческим словом
аритмос превратилось в термин «алгоритм».
Индо-арабская арифметика стала известна в Западной Европе в основном благодаря сочинению Л.Фибоначчи
Книга абака (Liber abaci, 1202). Метод абацистов предлагал упрощения, подобные использованию нашей позиционной системы, во всяком случае для сложения и умножения. Абацистов сменили алгоритмики, которые использовали нуль и арабский метод деления и извлечения квадратного корня. Один из первых учебников арифметики, автор которого нам неизвестен, вышел в Тревизо (Италия) в 1478. В нем речь шла о расчетах при совершении торговых сделок. Этот учебник стал предшественником многих появившихся впоследствии учебников арифметики. До начала 17 в. в Европе было опубликовано более трехсот таких учебников. Арифметические алгоритмы за это время были существенно усовершенствованы. В 16–17 вв. появились символы арифметических операций, такие как =, +, -, /, * и квадратный корень.
Принято считать, что десятичные дроби изобрел в 1585 С.Стевин, логарифмы –
Дж.Непер в 1614, логарифмическую линейку –
У.Отред в 1622. Современные аналоговые и
цифровые вычислительные устройства были изобретены в середине XX в.
Механизация арифметических вычислений
С развитием общества росла и потребность в более быстрых и точных вычислениях. Эта потребность вызвала к жизни четыре замечательных изобретения: индо-арабские числовые обозначения, десятичные дроби, логарифмы и современные вычислительные машины.
На самом деле простейшие счетные устройства существовали до появления современной арифметики, ибо в древности элементарные арифметические операции производились на абаке (в России с этой целью использовались счеты). Простейшим современным вычислительным устройством можно считать логарифмическую линейку, представляющую собой две скользящие одна вдоль другой логарифмические шкалы, что позволяет производить умножение и деление, суммируя и вычитая отрезки шкал. Изобретателем
первой механической суммирующей машины принято считать
Б.Паскаля (1642). Позднее в том же столетии
Г.Лейбниц (1671) в Германии и С.Морленд (1673) в Англии изобрели машины для выполнения умножения. Эти машины стали предшественницами настольных вычислительных устройств (арифмометров) 20 в., позволявших быстро и точно производить операции сложения, вычитания, умножения и деления.
В 1822 английский математик
Ч.Бэббидж приступил к созданию проекта
машины для вычисления математических таблиц. Хотя работа над проектом продолжалась долгие годы, она так и осталась незавершённой. Тем не менее, проект Бэббиджа послужил стимулом к созданию современных электронных
вычислительных машин, первые образцы которых появились около 1944. Быстродействие этих машин поражало воображение: с их помощью за минуты или часы удавалось решить задачи, ранее требовавшие многих лет непрерывных вычислений даже с применением арифмометров.
Суть дела можно пояснить на примере конкретной арифметической задачи, например, вычисления
числа π (отношения длины окружности к ее диаметру). Первые систематические попытки вычисления π встречаются у
Архимеда (ок. 240 до н.э.). Используя весьма несовершенную систему счисления, он после долгих трудов сумел вычислить π с точностью, эквивалентной в нашей современной системе счисления двум знакам после запятой. Используя метод Архимеда, Л.ван Цейлен (1540–1610), посвятив этому значительную часть жизни, сумел вычислить π с точностью 35 знаков после запятой. В 1873 после пятнадцати лет работы У.Шенкс получил значение π с 707 знаками, но позднее выяснилось, что начиная с 528-го знака в его вычисления вкрались ошибки. В 1958 компьютер фирмы
IBM вычислил за 40 секунд 707 знаков числа p и, продолжая далее вычисления, получил за 100 минут 10000 знаков.
© greenmile
Источник: Www.Krugosvet.Ru.
В начало
