古埃及分数

✍ dations ◷ 2024-12-23 09:01:59 #数论,算术,分数,埃及数学

古埃及的分数是不同的单位分数的和，就是分子为1，分母为各不相同的正整数。任何正有理数都能表达成这一个形式。

古埃及分数的表达形式不是唯一的，还未找到一个算法总是给出最短的形式。

贪婪算法：将一项分数分解成若干项单分子分数后的项数最少，称为第一种好算法；最大的分母数值最小，称为第二种好算法。例如：

${\frac {2}{7}}={\frac {1}{4}}+{\frac {1}{28}}$ ${\frac {2}{7}}={\frac {1}{4}}+{\frac {1}{28}}$ 。共2项，是第一种好算法，比 ${\frac {2}{7}}={\frac {1}{5}}+{\frac {1}{20}}+{\frac {1}{28}}$ ${\frac {2}{7}}={\frac {1}{5}}+{\frac {1}{20}}+{\frac {1}{28}}$ 的项数要少。

又例如， ${\frac {5}{121}}={\frac {1}{33}}+{\frac {1}{121}}+{\frac {1}{363}}$ ${\frac {5}{121}}={\frac {1}{33}}+{\frac {1}{121}}+{\frac {1}{363}}$ 比 ${\frac {5}{121}}={\frac {1}{25}}+{\frac {1}{759}}+{\frac {1}{208725}}$ ${\frac {5}{121}}={\frac {1}{25}}+{\frac {1}{759}}+{\frac {1}{208725}}$ 的最大分母要小，所以是第二种好算法。

例子：把 ${\frac {19}{20}}$ ${\frac {19}{20}}$ 转成单位分数。

所以结果是：

詹姆斯·约瑟夫·西尔维斯特和斐波那契都提出过以上的方法。

这个算法是基于贝祖等式的：当 $a {\displaystyle a}$ $a$ , $b {\displaystyle b}$ $b$ 互质， $ax-by=1$ $ax-by=1$ 有无穷多对正整数解 $(x,y)$ $(x,y)$ 。

选取最小的正整数解 $(m,n)$ $(m,n)$ 。取单位分数分母为 $b m {\displaystyle bm}$ $bm$ ，重复步骤。

以 ${\frac {7}{10}}$ ${\frac {7}{10}}$ 为例：

最基本的方法就是将分数写成二进制数，便能将该分数写成分母为二的幂的单位分数之和。

换个说法就是重复求最小的正整数 $n {\displaystyle n}$ $n$ 使得 ${\frac {x}{y}}>{\frac {1}{2^{n}}}$ ${\frac {x}{y}}>{\frac {1}{2^{n}}}$ 。

这个方法的效率很低。

一个改善之道是选取正整数 $n {\displaystyle n}$ $n$ 使得 $(2^{n}\times x){\bmod {y}}<2^{n+1}$ $(2^{n}\times x){\bmod {y}}<2^{n+1}$ 。选取适当的正整数 $r, s {\displaystyle r,s}$ $r,s$ （ $r<y$ $r<y$ ）使得 $2^{n}\times x=sy+r$ $2^{n}\times x=sy+r$ 。 ${\frac {x}{y}}={\frac {s}{2^{n}}}+{\frac {r}{2^{n}\times y}}$ ${\frac {x}{y}}={\frac {s}{2^{n}}}+{\frac {r}{2^{n}\times y}}$ 。将 ${\frac {s}{2^{n}}},{\frac {r}{2^{n}}}$ ${\frac {s}{2^{n}}},{\frac {r}{2^{n}}}$ 写成二进制数。

例如： ${\frac {18}{23}}$ ${\frac {18}{23}}$ ：

将一个分数表示成未必相异的单位分数之和。若有两个单位分数相同，可以用以下其中一种处理方式：

或是 ${\frac {1}{n}}={\frac {1}{n+1}}+{\frac {1}{n(n+1)}}$ ${\frac {1}{n}}={\frac {1}{n+1}}+{\frac {1}{n(n+1)}}$ ← $n {\displaystyle n}$ $n$ 可等于任意正整数

${\frac {1}{n}}$ ${\frac {1}{n}}$ 表示成为一个级数形式：

${\frac {1}{n}}={\frac {1}{n+1}}+{\frac {1}{(n+1)^{2}}}+{\frac {1}{(n+1)^{3}}}+{\frac {1}{(n+1)^{4}}}+...+{\frac {1}{(n+1)^{k}}}+{\frac {1}{n(n+1)^{k}}}$ ${\frac {1}{n}}={\frac {1}{n+1}}+{\frac {1}{(n+1)^{2}}}+{\frac {1}{(n+1)^{3}}}+{\frac {1}{(n+1)^{4}}}+...+{\frac {1}{(n+1)^{k}}}+{\frac {1}{n(n+1)^{k}}}$

数学史家有时论述代数的发展分为三个基本阶段：

未知数以符号形式通常记为。我们从古埃及文稿得知，埃及祭司和书记采用文字代数的方式，以一个解为“堆”或“集”的字“阿哈”来表示未知数。

这是现存在伦敦的大英博物馆的莱因德数学纸草书（第二中间期）所载，其中一个阿哈问题的翻译：

“问题24：一个数量和它的 ${\frac {1}{7}}$ ${\frac {1}{7}}$ 加起来是19。这数量是什么？”

“假设是7。7和7的 ${\frac {1}{7}}$ ${\frac {1}{7}}$ 是8。8要乘上多少倍以得到19，7也要乘上这样多倍以得到所要的数量。”

以现在的符号形式， $x+{\frac {x}{7}}={\frac {8x}{7}}=19$ $x+{\frac {x}{7}}={\frac {8x}{7}}=19$ ，故此 ${x}={\frac {133}{8}}$ ${x}={\frac {133}{8}}$ 。检查： ${\frac {133}{8}}+{\frac {133}{7\times 8}}={\frac {133}{8}}+{\frac {19}{8}}={\frac {152}{8}}=19$ ${\frac {133}{8}}+{\frac {133}{7\times 8}}={\frac {133}{8}}+{\frac {19}{8}}={\frac {152}{8}}=19$ 。

注意问题中的分数。古埃及人以单位分数计算，如 ${\frac {1}{2}},{\frac {1}{3}},{\frac {1}{4}},{\frac {1}{10}}$ ${\frac {1}{2}},{\frac {1}{3}},{\frac {1}{4}},{\frac {1}{10}}$ 。

一个形状如开口的象形文字是表记分数的符号，这“开口”下有象形文字的数字就是分数的分母。

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