什么是算术算术是数学中最古老、最基础和最初等的部分。它研究数的性质及其运算。
自然数或正整数的数学理论就是众所周知的算术.至于几何、代数等许多数学分支学科的名称,都是后来很晚的时候才有的。
国外系统地整理前人数学知识的书,要算是希腊的欧几里得的《几何原本》最早。《几何原本》全书共十五卷,后两卷时候人增补的。全书大部分是属于几何知识,在第七、八、九卷中专门讨论了数的性质和运算,属于算术的内容。
现在拉丁文的“算术”这个词是由希腊文的“数和数(音属,shû三音)数的技术”变化而来的。“算”字在中国的古意也是“数”的意思,表示计算用的竹筹。中国古代的复杂数字计算都要用算筹。所以“算术”包含当时的全部数学知识与计算技能,流传下来的最古老的《九章算术》以及失传的许商《算术》和杜忠《算术》,就是讨论各种实际的数学问题的求解方法。
算术的规律算术的基础在于:整数的加法和乘法服从某些规律。为了要叙述这些具有普遍性的规律,我们不能用像1,2,3这种表示特定数的符号。两个整数,不管它们的次序如何,它们的和相同。而
1+2=2+1
这一命题仅仅是这一般规律的一个特殊例子。因此当我们希望表示整数之间的某个关系——不论涉及的一些特定的整数值如何——是正确的,我们可以用字母a,b,c,…作为表示整数的符号。于是,我们所熟知的五个算术规律可叙述为:
1) a+b=b+a,
2) ab=ba,
3) a+(b+c)=(a+b)+c,
4) (ab)c=a(bc),
5) a(b+c)=ab+ac.
前两个是加法和乘法的交换律,它说明人们可以交换加法或乘法中元素的次序。第三个是加法的结合律,它表明三个数相加时,或者我们把第一个加上第二个与第三个的和;或者我们把第三个加上第一个与第二个的和,其结果都相同。第四个是乘法的结合律。最后一个是分配律,它表明用一个整数去乘一个和时,我们可以用这整数去乘这和的每一项,然后把这些乘积加起来。
算术的产生及发展关于算数的产生,还是要从数谈起。数是用来表达、讨论数量问题的,有不同类型的量,也就随着产生了各种不同类型的数。远在古代发展的最初阶段,由于人类日常生活与生产实践中的需要,在文化发展的最初阶段就产生了最简单的自然数的概念。
自然数的一个特点就是由不可分割的个体组成。比如说树和羊这两种事物,如果说两棵树,就是一棵再一颗;如果有三只羊,就是一只、一只又一只。但不能说有半棵树或者半只羊,半棵树或者半只羊充其量只能算是木材或者是羊肉,而不能算作树和羊。
数和数之间有不同的关系,为了计算这些数,就产生了加、减、乘、除的方法,这四种方法就是四则运算。
把数和数的性质、数和数之间的四则运算在应用过程中的经验累积起来,并加以整理,就形成了最古老的一门数学——算术。
在算术的发展过程中,由于实践和理论上的要求,提出了许多新问题,在解决这些新问题的过程中,古算术从两个方面得到了进一步的发展。
一方面在研究自然数四则运算中,发现只有除法比较复杂,有的能除尽,有的除不尽,有的数可以分解,有的数不能分解,有些数又大于1的公约数,有些数没有大于1的公约数。为了寻求这些数的规律,从而发展成为专门研究数的性质、脱离了古算术而独立的一个数学分支,叫做整数论,或叫做初等数论,并在以后又有新的发展。
另一方面,在古算术中讨论各种类型的应用问题,以及对这些问题的各种解法。在长期的研究中,很自然地就会启发人们寻求解这些应用问题的一般方法。也就是说,能不能找到一般的更为普遍适用的方法来解决同样类型的应用问题,于是发明了抽象的数学符号,从而发展成为数学的另一个古老的分支,指就是初等代数。
数学发展到现在,算术已不再是数学的一个分支,现在我们通常提到的算术,只是作为小学里的一个教学科目,目的是使学生理解和掌握有关数量关系和空间形式的最基础的知识,能够正确、迅速地进行整数、小数、分数的四则运算,初步了解现代数学中的一些最简单的思想,具有初步的逻辑思维能力和空间观念。
现代算术和古代算术的区别现代小学数学的具体内容,基本上还是古代算术的知识,也就是说,古代算术和现代算术的许多内容上是相同的。不过现代算术和古代算术也还存在着区别。
首先,算术的内容是古代的成人包括数学家所研究的对象,现在这些内容已变成了少年儿童的数学。其次,在现代小学数学里,总结了长期以来所归结出来的基本运算性质,即加法、乘法的交换律和结合律,以及乘法对加法的分配律。这五条基本运算定律,不仅是小学数学里所学习的数运算的重要性质,也是整个数学里,特别是代数学里着重研究的主要性质。
第三,在现代的小学数学里,还孕育着近代数学里的集合和函数等数学基础概念的思想。比如,和、差、积、商的变化,数和数之间的对应关系,以及比和比例等。
另外,现在小学数学里,还包含有十六世纪才出现的十进小数和它们的四则运算。应当提出的是十进小数不是一种新的数,而可以被看作是一种分母是10的方幂的分数的另一种写法。
现代的代数学、数论等最初就是由算术发展起来的。后来,算学、数学的概念出现了,它代替了算术的含义,包括了全部数学,算术就变成了一个分支了。因此,也可以说算术是最古老的分支。
为什么以前中国把数学称为算学或算术现在,算术是数学的一个分支,其内容包括自然数和在各种运算下产生的性质,运算法则以及在实际中的应用。可是,在数学发展的历史中,算术的含义比现在广泛得多。
在我国古代,算是一种竹制的计算器具,算术是指操作这种计算器具的技术,也泛指当时一切与计算有关的数学知识。算术一词正式出现于《九章算术》中。《九章算术》分为九章,即方田、粟米等。这些大都是实用的名称。如“方田”是指土地的形状,讲土地面积的计算,属于几何的范围;“粟米”是粮食的代称,讲的是各种粮食间的兑换,主要涉及的是比例,属于今天算术的范围。可见,当时的“算术”是泛指数学的全体,与现在的意义不同。
直到宋元时代,才出现了“数学”这一名词,在当时数学家的菱中,往往数学与算学并用。当然,这里的数学仅泛指中国古代的数学,它与古希腊数学体系不同,它侧重研究算法。
从19世纪起,西方的一些数学学科,包括代数、三角等相继传入我国。西方传教士多使用数学,日本后来也使用数学一词,中国古算术则仍沿用“算学”。1953年,中国数学会成立数学名词审查委员会,确立起“算术”现在的意义,而算学与数学仍并存使用。1937年,清华大学仍设“算学系”。1939年为了统一起见,才确定专用“数学”,直到今天。