文章|为什么古埃及人喜欢先猜答案?——试位法背后的数学思想
系列数学符号史与文明3 / 5

文章|为什么古埃及人喜欢先猜答案?——试位法背后的数学思想

四千年前的古埃及人没有未知数和等号,却能解决今天需要列方程的问题。他们先猜一个容易计算的数字,再通过比例不断修正,这就是后来被称为“试位法(False Position)”的方法。更有意思的是,这种从一个起点逐渐逼近答案的思想,与现代数值计算有着跨越数千年的联系。本文从一道古埃及数学题出发,探索试位法背后的数学思想,以及人类如何从具体数字逐渐走向研究数量关系的现代代数。

今天如果有人问你:

一个数,加上它的七分之一,等于 19,这个数是多少?

大多数人都会下意识写下:

x+17x=19x+\frac17x=19

然后一步步移项、化简,最后得到答案,整个过程几乎没有任何可犹豫的,因为我们已经习惯了用方程思考问题。

然而,如果你把同一道题交给一位四千年前的古埃及书记员,他很可能会疑惑地看着你,不是因为他不会计算,而是因为在他的世界里,根本不存在”方程”这种东西。

古埃及人没有未知数,也没有等号#

现代数学求解问题,通常都是从建立方程开始。

例如:

一个数,加上它的七分之一,等于 19。

今天可以很直观的写成:

x+17x=19x+\frac17x=19

这里其实包含了三个现代人才觉得理所当然的概念:

然而,这三个概念在古埃及数学中都还没有出现。因为他们没有未知数,没有等号,也没有代数。

那么,他们又是怎样求解这类问题的?答案就是后来被称为试位法(False Position) 的方法。

与其列方程,不如先猜一个答案#

试位法的思想非常简单,既然不知道正确答案,那就先猜一个。

例如刚才的问题:

一个数,加上它的七分之一,等于 19。

古埃及人通常不会直接寻找真正的答案,他们会先选择一个最容易计算的数字。

例如:

77

为什么选择 7?

因为:

17×7=1\frac17\times7=1

计算起来最方便。

于是,他们立刻得到:

7+1=87+1=8

当然,他们知道:8 并不是题目要求的答案,真正需要的是:19。

然后,让答案自己”长大”#

接下来发生的事情,就非常巧妙了。古埃及人会进一步观察,刚才得到的是:

88

目标是:

1919

既然:

8×198=198\times\frac{19}{8}=19

那么,只要把刚才猜测的数字 7 也放大同样的倍数,就可以得到真正答案:

7×198=16587\times\frac{19}{8} = 16\frac58

于是,问题解决了。整个过程中,他们从来没有建立过方程,没有移项,没有化简,甚至没有”未知数”这个概念。

他们只是不断利用比例关系,把一个错误答案逐渐修正成正确答案。

为什么它叫”试位法”?#

现代英文通常把这种方法称为:

False Position

或者:

Regula Falsi

直译过来,就是:

错误的位置。

这个名字听起来有些奇怪。其实它描述的正是整个方法最关键的一步:

第一步故意放一个错误答案。

这个错误答案,并不是失败,它只是一个起点,然而真正重要的是后面的修正过程。因此,中文把它翻译为”试位法”,其实比直译更加准确。

如果不对,再继续调整,这也是人类历史上最早系统化的近似求解思想之一。

它真的只是”猜”吗?#

现代人第一次看到试位法,常常会觉得:

这不就是蒙一个数字吗?

事实上并不是。真正的关键,并不在”猜”,而在于:猜一个容易计算的答案。

古埃及数学家通常不会随便选择数字。他们会刻意选择那些能够让后续计算变得最简单的数。换句话说,这并不是毫无根据的尝试,而是一种经过经验总结的计算策略。这种思想直到今天仍然存在。

例如:

它们都有一个共同特点:

先找到一个足够好的起点,再不断逼近真正答案。

当然,它们和古埃及试位法并不是同一种算法。但背后的思想却有一种跨越数千年的相似性:

当无法直接得到答案时,可以通过不断修正,逐渐逼近答案。

为什么后来没有人再使用试位法?#

试位法能够解决很多实际问题。那么,它为什么最终还是退出了历史舞台?其实原因也很简单。试位法依赖的是:数字。 而现代代数依赖的是:关系。

试位法始终围绕着一个又一个具体数字展开,而现代方程,则把整个数量关系写成了一个整体。

例如:

x+17x=19x+\frac17x=19

从这一刻开始,我们不再操作某一个具体数字,而是在操作整个关系本身。

于是:移项,合并同类项,约分,消元,这些后来代数最核心的方法,才第一次成为可能。可以说,试位法代表着算术时代最后的辉煌,而方程,则开启了代数时代。

从试位法到方程#

试位法真正有价值的地方,不是因为它比今天的方法更简单,也不是因为它更高效。而是它让我们看到,人类曾经用完全不同的方式思考数学。

今天,我们习惯于先建立一个方程,再不断变形,直到得到答案。而四千年前的古埃及人,则是从一个具体数字出发,在一次次修正中慢慢逼近真相。两种方法都能够解决同一个问题。但它们背后代表的,却是两种完全不同的数学世界。

试位法思考的是:

这个数字应该是多少?

而代数思考的是:

这些数量之间究竟存在怎样的关系?

这一步跨越,正是整个数学史上最深刻的变革之一。

文明的启示#

其实试位法并没有消失,真正消失的是一种以”具体数字”为中心的数学思维。

随着未知数、等号和方程的出现,人类第一次能够直接操作数量之间的关系,而不必依赖不断猜测和修正。

数学的发展,从来不仅仅是计算越来越快。更重要的是,人类逐渐学会了用更抽象、更高效的方式思考世界。

从试位法到方程,我们失去的只是一次次猜测答案的过程;而得到的,却是一种能够直接研究关系本身的新语言。

而这,也正是现代代数诞生的起点。

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