《数学少年-从正负号到几何原本》(第二章:“一条直线,万物归数“)--2.5 红黑算筹,千年追溯

第二章 · 一条直线,万物归数

------每一条数轴都是一条向前延伸的路。原点是出发的站台,正方向是奔赴的远方。站在原点两侧的数字,互为彼此的镜像。

2.5 红黑算筹,千年追溯

周末的午后,老街旧书店里漫着纸页淡淡的霉香,天光透过木格窗柔缓铺开,隔绝了教室的粉笔灰与随堂小测的红叉。林默跟着苏晚来到这里,两人先拿出便签纸,前面学习的全部知识点。

"我们先把这周学过的内容理顺一遍。"苏晚铺开白纸,笔尖轻落,"从数轴、相反数、绝对值,到有理数大小比较,核心两条判断规则还记得吗?"

林默低头回想,条理清晰地复述:"异号两数相比,正数一定大于0,0一定大于负数;如果都是负数,就要看绝对值,绝对值越大,这个数反而越小。不管数轴箭头朝左还是朝右,这条规律永远不变。"

苏晚点头,在纸上把数轴、对称点、距离三条核心线索串联,又补充:"这些整数、小数、分数,统一叫作有理数,我们这几天研究的所有数字,都归属于这个范围。"

说完,她伸手抽出书架一本泛黄的《九章算术》,厚重古籍边角被岁月磨得圆润,书页间藏着两千年前的数学记载。"我们现在用正负号、数轴区分相反的量,但古人没有这些符号,他们是怎么记录盈余与亏欠、高低温差这类相反数量的?就像粮仓收粮、放粮,一进一出完全相反,该怎么分开记?"

林一时语塞,课本只提过一嘴算筹,他从未细想完整来龙去脉。

脚步声从木质楼梯传来,程远单肩挎书包缓步上楼,他顺路来书店帮忙整理旧教辅,看见二人围着古籍驻足,便停下脚步走近石桌。

"你们在梳理有理数知识,顺便看古代记数?"程远扫过便签纸上的数轴笔记,轻声开口。

"我们想不通,古人没有负号,怎么表示亏损、低于基准的数?"林默把古籍推到他面前。

程远指尖抚过《九章算术》封面,缓缓铺开完整史料,同时对照课本「图说数学史」板块内容讲解:"早在东汉《九章算术》的方程章节,我国数学家就正式定义了正、负两类数量,是全世界最早系统使用负数的文明。魏晋刘徽为这本书作注时,明确规定红筹表示正数,黑筹表示负数 。"

"红代表收入、盈余、高出基准;黑代表支出、亏欠、低于海平面、零下温度。和我们现代正负数的意义完全对应。拿粮仓举例,收进8石粮食摆红筹,借出4石就摆黑筹,一目了然。"
表1:古今正负数表示对照表

意义类别 古代算筹表示 现代数轴表示 示例
收入、盈余、超重 红筹(正数) 原点右侧(正方向) +8石,+4.7kg
支出、亏欠、偏轻 黑筹(负数) 原点左侧(负方向) -4石,-8.3kg
无盈亏、标准体重 空白(0) 原点(0) 0石,0kg

林默立刻联系前两节所学:"那之前我们比较−5-5−5和−3-3−3,放到古人算筹里,就是五根黑筹对比三根黑筹,亏欠更多的数值更小,刚好对应'两个负数绝对值越大,数越小'的规律!"

"没错,古今底层逻辑完全相通。"程远顿了顿,按照教材史料补充中外对比内容,"但同一时期,海外对负数的认知远远落后于中国。"

"古印度数学家婆罗摩笈多虽然也用正负区分财产与债务,但并未形成完整运算体系;欧洲直到中世纪,大部分数学家都排斥'比0更小的数',很长一段时间里,他们认为负数是'虚假、不存在的数字'。哪怕笛卡儿建立直角数轴,依旧把负数根称作'假根',直到十九世纪才完全接纳负数、完善有理数理论。"

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东汉《九章算术》        古印度婆罗摩笈多          欧洲笛卡儿           欧洲完全接纳
  正式定义正负            使用正负区分财产债务       提出"假根"          负数理论完善
      │                       │                       │                   │
      ▼                       ▼                       ▼                   ▼
  ────●───────────────────────●───────────────────────●───────────────────●────
  公元100年                公元628年                公元1637年          公元1800年
      │                                                                   │
      └─── 中国最早系统使用负数 ──┘              └─── 西方长期排斥负数 ──┘

苏晚听完若有所思,提笔在笔记本记录:"我们课本说,负数是用来表示相反意义的量,中国人从生产算账里自然诞生负数概念,西方人却纠结数字'是否真实存在',两种思路完全不一样。"

程远继续拓展课本数学活动里的史料细节:"古人除了红黑分色,还会用算筹摆放横竖区分数位,整套记数体系完整对应现在的有理数:红筹对应正有理数,黑筹对应负有理数,无盈亏、无收支的空白状态就是0,完美契合有理数完整分类。"

苏晚看着便签纸上现代数轴,再对照古籍记载的红黑算筹,忽然打通古今关联:"数轴分左右代表相反方向,算筹分红黑代表相反盈亏,本质都是用两套标识区分对立数量,我们这周学的相反数、大小比较,古人靠算筹早就摸索透了。"

程远补充一句课本核心观点:"数学规律本就藏在生活里,中国人从生产算账中提炼正负,西方经过漫长思辨才认可,这也是课本专门设置史料阅读与数学活动的原因。我记得七年级课本里面有一道体重调查的拓展活动,逻辑和这里是相通的。"

他侧过头,目光落在苏晚上楼时一并带来的初中数学课本上,书页还停留在第一章末尾的数学活动页面。程远伸手把课本轻轻转过来,朝向林默和苏晚两人。

"把标准体重当作分界基准,超出标准的记作正数,少于标准的记作负数,和古人用红黑算记盈亏是同一个道理。"

林默凑上前看着课本上的表格:

编号 1 2 3 4 5 6
体重情况 −1.1-1.1−1.1 +2+2+2 −0.5-0.5−0.5 +10+10+10 +4.7+4.7+4.7 −8.3-8.3−8.3

慢慢读出来:"正数代表超重,负数代表体重偏轻。只看正负还不够,还要看数值离0有多远,这不就是绝对值吗?"

"正是。"程远指尖点在表格上,"比如−0.5-0.5−0.5和−8.3-8.3−8.3,都是负数,都低于标准体重,可两者偏离的程度完全不同。正负告诉我们方向,绝对值告诉我们偏离基准到底有多远。这就是这一章反复在讲的:0作为分界,符号看方向,绝对值看距离。放到体重、盈亏、海拔,全部通用。"

苏晚恍然:"原来不只是账本算账,连我们自己的体重,都可以用正负和绝对值来分析。"

"课本还建议大家可以自己测算、对比同龄人标准,不光是纸上做题,数学也能用来观察身边现实。"程远说道。

林默低头盯着表格,在脑海里默默把数字按大小顺了一遍,仿佛把每个数字都挪到数轴上:从标准体重这个原点出发,往右是超重,往左是偏轻,符号定朝向,数字定远近。

他拿起铅笔,在便签空白处认认真真写下一行短句:"正负号=方向,绝对值=距离。"写完轻轻顿了一下,抬眼望向书架上合起的《九章算术》,像是把眼前表格与千年算筹记在了一处,而后缓缓合上笔盖,眼底满是通透。

程远叮嘱两人把古今对照的笔记整理好,便抱着教辅下楼整理库存。林默望着他离去的背影,心底的疑惑愈发清晰:从前课堂上他轻声提点习题答案的模样、凉亭讲解相反数的模样、今日梳理古算史、拆解课本活动的模样层层重叠。他越发好奇,这位暂住苏晚家的表哥,为何能把初中知识、古代数学都掌握得如此透彻,这份疑问悄悄藏在心底,没有立刻开口追问。

练习与思考

A组 · 基础回顾

  1. 中国古代数学家刘徽注解《九章算术》时,用()色算筹表示正数,()色算筹表示负数。
  2. 古人以盈余、收入为正,亏损、支出为负。结余8石记作(),亏欠4石记作()。
  3. 沿用红黑算筹逻辑比较大小:红筹6、黑筹2、黑筹7、0,其中最大的数是(),最小的数是()。

B组 · 理解关联

  1. 结合2.4有理数大小比较知识说明:为什么古人黑筹数量越多,代表的数值反而越小?对应现代数学哪一条规则?
  2. 判断对错并改正:东西方古代同步完整理解、熟练运用负数。
  3. 在课本体重调查的数学活动中,把标准体重 看作基准000,+4.7+4.7+4.7代表什么?−1.1-1.1−1.1代表什么?判断体重偏离标准远近,需要看什么?

C组 · 拓展思考

  1. 结合课本史料,说说我国和古代欧洲对待负数的认知差异是什么?
  2. 古今对照:数轴区分左右、算筹区分红黑、体重记录正负,三者共同的数学作用是什么?
  3. 请你仿照文中体重调查表的格式,设计一张班级身高调查表,用正负数表示每个人与班级平均身高的偏差,并简单说明如何根据表格数据分析同学们身高偏离平均的程度。

章末伏笔

晚风穿过老街木窗,吹起《九章算术》泛黄纸页。林默合上古籍,指尖停留在红黑算筹的记载段落。课堂提点习题、凉亭讲解相反数、今日梳理千年数学史、解析课本体重调查活动,程远从容通透的模样一遍遍在脑海浮现。

他想起方才写在便签上那句"正负号=方向,绝对值=距离",心底暗自思索:千年前的红黑算筹,如今纸上的体重表格,本质讲的都是同一件事。可他心底仍存一道未解的疑问:同样一套正负逻辑,程远既能拆解初中课本习题,又通晓千年前的古算记载,学识远比同龄人深厚。这份好奇静静沉在心底,等着往后慢慢寻到答案。

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