История дробей

Первой дробью, с которой познакомились люди, была половина. Хотя названия всех следующих дробей связаны с названиями их знаменателей (три — “треть”, четыре — “четверть” и т.д.), для половины это не так — ее название во всех языках не имеет ничего общего со словом “два”. Следующей дробью была треть. Эти и некоторые другие дроби встречаются в древнейших дошедших до нас математических текстах, составленных 5000 лет тому назад, — древнеегипетских папирусах и вавилонских клинописных табличках.
И у египтян, и у вавилонян были специальные обозначения для дробей 1/3 и 2/3, не совпадающие с обозначениями для других дробей.

Египтяне все дроби старались записать как суммы долей, т.е. дробей вида 1/n.

Единственным исключением была дробь 2/3. Например, вместо 8/15 они писали 1/3 + 1/5. Иногда это бывало удобно. В папирусе, написанном египетским писцом Ахмесом, есть задача [2]: разделить семь хлебов между восемью людьми. Если резать каждый хлеб на 8 частей, придется сделать 49 разрезов. А по-египетски эта задача решалась так. Дробь 7/8 записывали в виде долей: 1/2 + 1/4 + 1/8. Теперь ясно, что надо 4 хлеба разрезать пополам, 2 хлеба на 4 части и только один хлеб — на 8 частей (всего 17 разрезов).

Но складывать записанные в виде долей дроби было неудобно. Ведь в оба слагаемых могут входить одинаковые доли, и тогда при сложении появится дробь вида 2/n. А таких дробей египтяне не допускали. Поэтому папирус Ахмеса начинается с таблицы, в которой все дроби вида 2/n, от 2/5 до 2/99, записаны в виде сумм долей. С помощью этой таблицы выполняли и деление целых чисел. Вот, например, как делили 5 на 21:

 

Умели египтяне также умножать и делить дроби. Но при умножении приходилось умножать доли на доли, а потом, быть может, снова использовать таблицу. Еще сложнее обстояло дело с делением.

Совсем иным путем пошли вавилоняне. Дело в том, что система счисления в Вавилоне была шестидесятеричной [3] — каждая единица следующего разряда была в 60 раз больше предыдущей. Например, запись 14” 42' 38 означала число 14 · 602 + 42 · 60 + 38, т.е. в нашей записи числа 52?958 (только вавилоняне пользовались не нашими цифрами, а другими обозначениями, составленными из клиньев). Поэтому и дроби были у вавилонян не десятичными, а шестидесятеричными. По сути дела, мы и сейчас пользуемся такими дробями в обозначениях времени и величин углов. Например, время 3 ч 17 мин. 28 с можно записать и так: 3,17'28" ч (читается 3 целых, 17 шестидесятых 28 три тысячи шестисотых часа). Вместо слов “шестидесятые доли”, “три тысячи шестисотые доли” говорили короче: “первые малые доли”, “вторые малые доли”. От этого и произошли наши слова минута (по латыни — меньшая) и секунда (по латыни — вторая). Так что вавилонский способ обозначения дробей сохранил свое значение до сих пор.

Не все дроби можно изобразить в виде конечных шестидесятеричных, как и не все дроби записываются в виде конечных десятичных. Например, дроби вида 1/7, 1/11, 1/13 нельзя записать в шестидесятеричной форме. Но их можно с любой степенью точности заменить шестидесятеричными дробями. Так вавилоняне и поступали.

Шестидесятеричными дробями, унаследованными от Вавилона, пользовались греческие и арабские математики и астрономы. Но было неудобно работать над натуральными числами, записанными в десятичной системе, и дробями, записанными в шестидесятеричной.
А работать с обыкновенными дробями было совсем уж плохо — попробуйте, например, сложить или умножить дроби .

Поэтому в 1585 году голландский математик и инженер Симон Стевин предложил перейти к десятичным дробям. Сначала их писали весьма сложно, но постепенно перешли к современной записи. Еще за полтора столетия до Стевина десятичные дроби ввел работавший в Самаркандской обсерватории Улугбека астроном ал-Каши, но его работа осталась неизвестной европейским математикам.

Сейчас в ЭВМ, как вы, конечно, знаете, используют двоичные дроби. Они имеют вид 0,101101. Любопытно, что двоичными дробями пользовались, по сути дела, в Древней Руси, где были такие дроби, как половина, четь, пол-чети, пол-пол-чети и т.д. [4].

Интересная система дробей была в Древнем Риме. Она основывалась на делении единицы измерения веса асса на 12 долей. Двенадцатую долю асса называли унцией. А путь, время и т.п. сравнивали с наглядной вещью — весом. Например, римлянин мог сказать, что он прошел семь унций пути или прочел 5 унций книги.

При этом, конечно, речь не шла о взвешивании пути или книги. Просто говорилось, что пройдено 7/12 пути или прочитано 5/12 книги. А для дробей, получающихся сокращением дробей со знаменателем 12 или раздроблением двенадцатых долей на более мелкие, были особые названия.

Даже сейчас иногда говорят “он скрупулезно изучил этот вопрос”. Это значит, что вопрос изучен до конца, что ни одной самой малой неясности не осталось. А происходит странное слово “скрупулезно” от римского названия 1/288 асса — скрипулус. В ходу были и такие названия: семис — половина асса, секстанc — шестая его доля, семиунция — полунции, т.е. 1/24 асса и т.д. Всего применялось 18 различных названий. Чтобы работать с дробями, надо было для этих дробей помнить и таблицу сложения, и таблицу умножения. Поэтому римские купцы твердо знали, что при сложении триенса (1/3 асса) и секстанса получается семис, а при умножении беса (двух третей асса) на сескунцию (3/2 унции, т.е. 1/8 асса) получается унция. При этом они хорошо понимали, что умножают не сами веса (умножать вес на вес смысла не имеет), а выражающие эти веса дроби. Для облегчения работы составлялись специальные таблицы, некоторые из которых дошли до нас.

Так что ту роль, которую в Древнем Вавилоне играло число 60, а в Древней Руси — число 2, в Древнем Риме играло число 12 — римская система дробей и мер была двенадцатеричной (хотя числа они записывали по десятичной системе, только другим образом, чем это делаем мы). Из-за того, что числа вида 1/10n не выражаются в форме конечных двенадцатеричных дробей, римляне не умели представлять результат деления на 10, 100 и т.д. дробью. Например, один римский математик, деля 1001 асса на 100, сначала получил 10 ассов, потом раздробил асс на унции и т.д., но от остатка, естественно, не избавился.

В греческих сочинениях по математике дробей не встречалось. Греческие ученые считали, что математика должна заниматься только целыми числами.
С дробями они предоставляли возиться купцам, ремесленникам, а также землемерам, астрономам и механикам. Но старая пословица говорит: “Гони природу в дверь, она влетит в окно”. Поэтому и в строго научные сочинения греков дроби проникали, так сказать, “с заднего хода”. Кроме арифметики и геометрии, в греческую математику входила... музыка. Музыкой греки называли ту часть нашей арифметики, в которой говорится об отношениях и пропорциях. Почему такое странное название? Дело в том, что греки создали и научную теорию музыки. Они знали: чем длиннее натянутая струна, тем ниже, “толще” получается звук, который она издает. Они знали, что короткая струна издает высокий звук. Но у всякого музыкального инструмента не одна, а несколько струн. Для того чтобы все струны при игре звучали “согласно”, приятно для уха, длина звучащих частей их должна быть в определенном отношении. Например, чтобы высоты звуков, издаваемых двумя струнами, различались на октаву, нужно, чтобы их длины относились как 1:2. Подобным же образом квинте соответствует отношение 2:3, кварте — отношение 3:4 и т.д. Поэтому учение об отношениях, о дробях и связывалось у греков с музыкой.

Современную систему записи дробей с числителем и знаменателем создали в Индии. Только там писали знаменатель сверху, а числитель снизу и не писали дробной черты. А записывать дроби в точности, как сейчас, стали арабы.

Литература

1. Виленкин Н.Я. Из истории дробей. / Квант, № 5/1987.

2. Древнеегипетская задача. / “В мир информатики” № 66 (“Информатика” № 1/2006).

3. Системы счисления. / “В мир информатики” № 90, 93 (“Информатика” № 9, 17/2007).

4. Абак в России. / “В мир информатики” № 69, 71 (“Информатика” № 4, 6/2006).