算術是數學中最古老、最基礎和最初等的部分。它研究數的性質及其運算。
“算術”這個詞,在我國古代是全部數學的統稱。至于幾何、代數等許多數學分支學科的名稱,都是后來很晚的時候才有的。
國外系統地整理前人數學知識的書,要算是希臘的歐幾里得的《幾何原本》最早。《幾何原本》全書共十五卷,后兩卷時候人增補的。全書大部分是屬于幾何知識,在第七、八、九卷中專門討論了數的性質和運算,屬于算術的內容。
現在拉丁文的“算術”這個詞是由希臘文的“數和數(音屬,shû三音)數的技術”變化而來的。“算”字在中國的古意也是“數”的意思,表示計算用的竹籌。中國古代的復雜數字計算都要用算籌。所以“算術”包含當時的全部數學知識與計算技能,流傳下來的最古老的《九章算術》以及失傳的許商《算術》和杜忠《算術》,就是討論各種實際的數學問題的求解方法。
關于算數的產生,還是要從數談起。數是用來表達、討論數量問題的,有不同類型的量,也就隨著產生了各種不同類型的數。遠在古代發展的最初階段,由于人類日常生活與生產實踐中的需要,在文化發展的最初階段就產生了最簡單的自然數的概念。
自然數的一個特點就是由不可分割的個體組成。比如說樹和羊這兩種事物,如果說兩棵樹,就是一棵再一顆;如果有三只羊,就是一只、一只又一只。但不能說有半棵樹或者半只羊,半棵樹或者半只羊充其量只能算是木材或者是羊肉,而不能算作樹和羊。
不過,自然數不足以解決生活和生產中常見的分份問題,因此數的概念產生了第一次擴張。分數是對另一種類型的量的分割而產生的。比如,長度就是一種可以無限地分割的量,要表示這些量,就只有用分數。
從已有的文獻可知,人類認識自然數和分數的歷史是很久的。比如約公元前2000年流傳下來的古埃及萊茵德紙草書,就記載有關于分數的計算方法;中國殷代遺留下來的甲骨文中也有很多自然數,最大的數字是三萬,并且全部是應用十進位制的位置計數法。
自然數和分數具有不同的性質,數和數之間也有不同的關系,為了計算這些數,就產生了加、減、乘、除的方法,這四種方法就是四則運算。
把數和數的性質、數和數之間的四則運算在應用過程中的經驗累積起來,并加以整理,就形成了最古老的一門數學——算術。
在算術的發展過程中,由于實踐和理論上的要求,提出了許多新問題,在解決這些新問題的過程中,古算術從兩個方面得到了進一步的發展。
一方面在研究自然數四則運算中,發現只有除法比較復雜,有的能除盡,有的除不盡,有的數可以分解,有的數不能分解,有些數又大于1的公約數,有些數沒有大于1的公約數。為了尋求這些數的規律,從而發展成為專門研究數的性質、脫離了古算術而獨立的一個數學分支,叫做整數論,或叫做初等數論,并在以后又有新的發展。
另一方面,在古算術中討論各種類型的應用問題,以及對這些問題的各種解法。在長期的研究中,很自然地就會啟發人們尋求解這些應用問題的一般方法。也就是說,能不能找到一般的更為普遍適用的方法來解決同樣類型的應用問題,于是發明了抽象的數學符號,從而發展成為數學的另一個古老的分支,指就是初等代數。
數學發展到現在,算術已不再是數學的一個分支,現在我們通常提到的算術,只是作為小學里的一個教學科目,目的是使學生理解和掌握有關數量關系和空間形式的最基礎的知識,能夠正確、迅速地進行整數、小數、分數的四則運算,初步了解現代數學中的一些最簡單的思想,具有初步的邏輯思維能力和空間觀念。
現代小學數學的具體內容,基本上還是古代算術的知識,也就是說,古代算術和現代算術的許多內容上是相同的。不過現代算術和古代算術也還存在著區別。
首先,算術的內容是古代的成人包括數學家所研究的對象,現在這些內容已變成了少年兒童的數學。其次,在現代小學數學里,總結了長期以來所歸結出來的基本運算性質,即加法、乘法的交換律和結合律,以及乘法對加法的分配律。這五條基本運算定律,不僅是小學數學里所學習的數運算的重要性質,也是整個數學里,特別是代數學里著重研究的主要性質。
第三,在現代的小學數學里,還孕育著近代數學里的集合和函數等數學基礎概念的思想。比如,和、差、積、商的變化,數和數之間的對應關系,以及比和比例等。
另外,現在小學數學里,還包含有十六世紀才出現的十進小數和它們的四則運算。應當提出的是十進小數不是一種新的數,而可以被看作是一種分母是10的方冪的分數的另一種寫法。
我們在這里把算術列成第一個分支,主要是想強調在古代全部數學就叫做算術,現代的代數學、數論等最初就是由算術發展起來的。后來,算學、數學的概念出現了,它代替了算術的含義,包括了全部數學,算術就變成了一個分支了。因此,也可以說算術是最古老的分支。
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