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中国面包师贴吧-楼主(阅:100/回:0)用围棋和算盘计算积分的方法用围棋和算盘计算积分的方法 围棋棋盘 棋盘由纵横各十九条等距离、垂直交叉的平行线构成。形成361个交叉点,在围棋中简称为"点"。 棋盘整体形状以及每个格子纵、横向相比,横向稍短,通常为每格2.4厘米×2.3厘米。 在棋盘上标有九个小圆点,称作"星"。中央的圆点又称"天元"。 定积分的几何意义与计算 在大多数数学学习及工程应用场景中,“积分面积”通常指代‌定积分的几何意义‌,即通过积分运算求解曲线围成的平面区域面积 。‌‌ 百科 ‌ ‌基本原理‌:定积分的本质是“分割、近似、求和、取极限”,将曲边梯形分割为无数个小矩形,累加其面积得到精确值 。 ‌代数含义‌:定积分 a ∫ f(x)dx表示曲线 b Y-f(x)与x轴在区间[a,b]上围成的‌有向面积代数和‌,x轴上方面积为正,下方为负 。 ‌计算前提‌:若函数在区间内连续且非负,积分值直接等于几何面积;若函数有正有负,计算实际几何面积时需分段积分并取绝对值求和 。‌‌‌ 利用定积分计算面积时,需根据图形边界类型选择相应的积分公式与策略 。‌‌‌ ‌曲边梯形面积‌: 由曲线 a y=f(x)、直线x-a、x-b及x轴围成,公式为S-∫∣f(x)∣dx B 2 例如计算f(x)-x在$$与x轴围成的面积,结果为∫ xdx-2。 0‌‌‌ ‌两曲线围成面积‌: 若由y=f(x)与y=g(x)围成,且在区间内f(x)≥g(x),面积为 a S=∫ [f(x)−g(x)]dx ​ b 若曲线在区间内有交点,需分段讨论,确保被积函数始终为“上曲线减下曲线” 。‌‌‌ ‌极坐标与旋转体‌: 极坐标方程 r=ρ(θ)围成的面积公式为 Β 2 S=(1/2)∫ αβ[ρ(θ)] dθ α 积分还可拓展至计算旋转体体积、曲线弧长及曲面面积,本质均为微元累加 。‌‌‌ 在围棋棋盘上,我们用白子将黑子包围一圈,如果这个白子围成一圈的面积等于积分曲线和x轴围成的面积,那么白子围成一圈的面积就是积分的数值。 怎样确定白子的位置,这就需要利用算盘进行计算。 第二部分 数术记遗的古代珠算 《数术记遗》是我国最早记载珠算的古籍,为汉代数学家徐岳撰写,由北周(南北朝时期)数学家甄鸾注解[url=file:///H:/2026%E5%B9%B4%E5%8F%91%E6%98%8E/%E5%9B%B4%E6%A3%8B%E8%AE%A1%E7%AE%97%E7%A7%AF%E5%88%86/%E7%94%A8%E5%9B%B4%E6%A3%8B%E5%92%8C%E7%AE%97%E7%9B%98%E8%AE%A1%E7%AE%97%E7%A7%AF%E5%88%86%E7%9A%84%E6%96%B9%E6%B3%95.docx#ref_1][1][/url]。书中记录了14种计算方法,分别为积算、太一、两仪、三才、五行、八卦、九宫、运筹、了知、成数、把头、龟算、珠算、计数,除了最末的计数属于心算,其余13种均有相应的计算工具。 截图自《数术记遗》 但由于书中没有插画,极简的文言文又无法将这些工具的模样详细说清,便给后人留下了「哥德巴赫猜想」式的谜题。现今的一些学者根据严肃的科学考证,提出了多种可能的推想图,将古代这些有趣的算具再次呈现在世人面前。其中最为主流的,要数李培业[url=file:///H:/2026%E5%B9%B4%E5%8F%91%E6%98%8E/%E5%9B%B4%E6%A3%8B%E8%AE%A1%E7%AE%97%E7%A7%AF%E5%88%86/%E7%94%A8%E5%9B%B4%E6%A3%8B%E5%92%8C%E7%AE%97%E7%9B%98%E8%AE%A1%E7%AE%97%E7%A7%AF%E5%88%86%E7%9A%84%E6%96%B9%E6%B3%95.docx#ref_2][2][/url]推想图,请容我在其基础上加入一点自己的合理优化,让它们以更亲切的形式与大家见面。 让我们一起领略,在那没有计算机的年代,来自古人的非凡智慧。 [b]积算[/b] 积算,今之常算者也。以竹为之,长四寸,以放四时,方三分,以象三才。言算法是包括天地,以烛人情。数始四时,终于大衍,又加循环,故曰「今之常算是也」。 积算又称筹算(确切地说是指筹算中最经典、最主流的一种),是我国古代在算盘出现以前最为常用的计算方法。所用工具叫算筹,算筹是一根根小小的棍子,说的是「以竹为之,长四寸」,其实从兽骨到金属,制作算筹的材质多种多样,不同时期算筹的长度也不尽相同。 筹算用棍子的纵横组合摆放来表示数字,分有纵横两式,纵式摆法中以竖棍表示1、横棍表示5,横式摆法中以横棍表示1、竖棍表示5。 不同数位上纵横式交替使用,「一纵十横,百立千僵,千十相望,万百相当。」(语出《孙子算经》) ☞ 详细介绍可见《运筹帷幄》一文。 [b]太一[/b] 太一算,太一之行,去来九道。 太一算的工具是一种古老的算盘。算盘上刻9道横线,从下至上分别表示1~9,纵线代表数位,算珠置于9线以上或1线以下表示0。 太一算表示的2018 [b]两仪[/b] 两仪算,天气下通,地禀四时。 两仪算的工具也是古老算盘的一种。算盘和太一一样画成棋盘状,使用青黄两种颜色的算珠。黄珠自下而上,所置横线分别表示1~4;青珠自上而下,所置横线分别表示5~9;两珠停于上下开外表示0。 两仪算表示的2018 [b]三才[/b] 三才算,天地和同,随物变通。 三才算的工具也是古老算盘的一种。算盘同样是棋盘状,从上至下的三道横线分别名为天线、地线、人线。算珠有三种颜色,青珠称为天珠,黄珠称为地珠,白珠称为人珠。青珠置于天线为9、置于地线为6、置于人线为3,黄珠置于天线为8、置于地线为5、置于人线为2,白珠置于天线为7、置于地线为4、置于人线为1,三珠置于上下开外为0。 三才算表示的2018 《周易》将天、地、人称为三才,三才之珠在天地人间游走,可谓「天地和同,随物变通」也。 [b]五行[/b] 五行算,以生兼生,生变无穷。 五行算是筹算的一种,这里的算筹染有五行所对应的黑、红、青、白、黄五种颜色。黑筹表示1、红筹表示2、青筹表示3、白筹表示4、黄筹表示5,5以上就用两种颜色组合表示,黄黑筹表示6、黄红筹表示7、黄青筹表示8、黄白筹表示9。 五行算表示的2018 写到这里,我满脑子都是《千字文》那句霸气的「天地玄黄,宇宙洪荒。」 [b]八卦[/b] 八卦算,针刺八方,位阙从天。 八卦算比较特别,在八卦图上用针的指向表示数字,有点像现在的圆盘时钟。从针尖朝南表示1开始,沿顺时针顺序依次表示1~8,针尖朝上竖在中间表示9。 八卦算表示的2018 [b]九宫[/b] 九宫算,五行参数,犹如循环。 我国古代的天文学家把星空分为九宫格,在这九个格子里填上数字,便成了中国最早出现的幻方。 任意一行、一列、或对角线之和均为15 定睛一看,这布阵不正是洛书么! 图片来自《算法统宗》首篇 九宫在《数术记遗》所列的算法中最为特殊。其他算法都是将数字置于不同的数位以表示不同的数值,即固定数位,让数字在数位上变动,这比较符合常理;而九宫则将幻方九数定死,将代表不同数位的珠子摆到数字上,即固定数字,让数位在数字上变动。这位发明者真是脑洞清奇。 这么看,九宫的算具也是算盘的一种。 数位用不同颜色的珠子表示,还是五行之色。 可谓眼花缭乱。 九宫算表示的2018 这读数得有多吃力,何苦如此折腾,着实令人费解…… [b]运筹[/b] 运筹算,小往大来,运于指掌。 运筹,顾名思义,想必也是筹算的一种。筹上刻了5条横线,两两相隔一寸,最上面一条靠近上端,最下面一条距离下端一寸。5条刻线从下至上分别表示1~5,把筹倒过来拿,刻线从下至上数分别表示6~9。 众所周知,3寸为10cm,这一寸的间隔,正好能容一指的宽度。把一根根这样的算筹夹在指间,用指关节表示数位。 左:运筹算表示的359(图片来自《世界珠算宝典》P751) 右:没错是我自己的手了,加了滤镜依然不堪入目…… 如果运筹帷幄的张良用的是这种算筹,可想而知帷帐之中是怎样一幅疯狂「转笔」的景象…… [b]了知[/b] 了知算,首唯秉五,腹背两兼。 用一个「了」字代表一个数位,算子放在「了」的不同位置表示不同数字。 了知算表示的2018 这种算法显然是石子计数发展的产物,这种算具也可以视为一种算盘吧。 [b]成数[/b] 成数算,春夏生养,秋冬收成。 成数算是一种筹算,与五行算的工具基本相通,也是使用五行之色相互搭配表示数字,在此基础上还引入了朝向的含义:朝东或朝南放的称为生数,表示1~4;朝西或朝北放的称为成数,表示6~9;单色黄筹怎么放都表示5。 古时看方位的习惯与现在恰好是相反的,为上南下北左东右西,理解起来难免会有些别扭。简单地说,1~4朝上或朝左放,6~9朝下或朝右放。 画着画着突然发现,恰好画成了香烟的模样。 如此,从1到9,每个数字便都有了一纵一横的两种摆法,与积算中的纵横两式不谋而合,摆数时纵横交错使用。 成数算表示的2018。我特意没有给0留空,得益于纵横式相间使用的规则,连续的竖筹之间必然有0,懂行的人也便不会把它读成218。 东南为春夏,曰生数;西北为秋冬,曰成数。是可谓「春夏生养,秋冬收成」,算法与四季规律完美吻合。 [b]把头[/b] 把头算,以身当五,目视四方。 把,耙也,可以理解为猪八戒扛的那种农具。 把头算也是筹算,用一横一竖两根算筹表示数字,组合起来其形如耙。把头刻线,故称齿筹,刻一至四条线表示1~4;把身光溜溜,称漫筹,表示5。两者组合即可表示6~9。 可见,把头算要准备四种齿筹。但细细琢磨原文描述,也许只要两种齿筹,正反面刻线。 把头算表示的2018 [b]龟算[/b] 龟算,春夏秋成,遇冬则停。 我国古代以天干地支计时历法,一年四季与十二地支的对应关系正是寅卯辰春、巳午未夏、申酉戌秋、亥子丑冬。 十二地支围成一圈,中间放个乌龟(当然应该不会是真的乌龟),龟头所指便表示相应的数字,像极了现在的钟表。春夏秋三季的地支表示1~9,冬季的地支不做用处,故曰:「春夏秋成,遇冬则停。」 我特意将十二地支按照钟表的数字顺序排列,俨然一口「龟钟」…… 龟算表示的2018 [b]珠算[/b] 珠算,控带四时,经纬三才。 《数术记遗》是最早提到「珠算」一词的古籍,此处的珠算在本质上已与现今的十分接近,只是在形式上略有不同。 算珠有两种颜色,此处用黑白表示。每个数位上有黑珠1颗、白珠4颗。黑珠表示5,白珠表示1。算盘分为上中下三块区域,算珠组合置于中间区域以表示1~9,五珠置于上下区域表示0。 珠算表示的2018 [b]结语[/b] 统览十三种算法,可谓眼花缭乱,然从其所依托的工具来看,除了八卦与龟算,其余的无外乎筹算与珠算两大门类,而八卦和龟算又迷之相似,若要给它们起个门类的话,统称「指针算」也无妨吧。 · 筹算:积算、五行、运筹、成数、把头。 · 珠算:太一、两仪、三才、九宫、了知、珠算。 · 指针算:八卦、龟算。 其实这些所谓的算法,在《数术记遗》中也仅体现了数字和数位的表示方法,至于如何运算,仍是依赖于相应的心算口诀的。但仅是单纯地将算具的外形、颜色、摆法与数字关联起来,古人就赋以了五行八卦、天干地支、四季星辰等等经典的自然哲学,看似复杂,其实一通百通,都是「一生二,二生三,三生万物」的简单规律,深刻体现了我国古代哲学与数学的高度契合。 我不禁想到华夏文明之滥觞——河出图,洛出书。我国辉煌灿烂的历史,正源自这两幅大道至简的数字布阵图。人类的终极智慧,往往也是智慧的源头。 图片来自《算法统宗》首篇 揭秘古代十三种算具,珠算与筹算的起源与演变 ----古代算盘究竟长啥样? 你是否曾目睹我校图书馆一楼计算工具陈列馆所珍藏的“古算十三品”?无论你曾一睹为快,还是未曾得见,接下来,我们将为您逐一揭示这十三种古代计算工具的奥秘,带您领略古代计算工具的独特风采。 在古代,人们曾采用多种方式进行计数,如“摆枝计数”、“垒石计数”和“结绳记事”等。而令人瞩目的“珠算”,被誉为我国的“第五大发明”,其发展历程与《数术记遗》这本书紧密相连。该书由汉代人徐岳撰写,北周汉中郡守甄鸾注解,现传本为南宋鲍瀚刻本,珍藏于北京大学图书馆。书中介绍了我国古代14种算法,其中13种都配备了相应的计算工具。遗憾的是,除了“珠算”之名被沿用至今外,其他算具在唐宋以后均失传,其样貌成为了历史之谜。 为了解开这一谜团,中外学者纷纷提出推想图,其中李培业教授的推想图影响深远,得到了学术界的广泛认可。然而,尽管提出了推想图,但这些算具的实体一直未能成功复原。直到2002年,汉中珠算专家程文茂经过长时间的研究和反复试验,终于成功复原了《数术记遗》中记载的十三种古代计算工具,并将其命名为“古算十三品”。 这十三种算具包括积算(即筹算)、太乙算、两仪算等,其中首次出现了“珠算”的名称。甄鸾在注解中详细描述了珠算的构造与功能:“刻板为三分,其上下二分以停游珠,中间一分以定算位。位各五珠,上一珠与下四珠色别。”这段描述揭示了我国珠算在这一时期已初步形成了独特的形貌。更值得一提的是,2002年荆州纪南城遗址曾出土一枚战国陶制算盘珠,证明了那时已经出现了早期的珠算。 九宫算,这一全球首见的动位算法,彻底打破了数动位不动的传统计算模式。在学术界对“把头算”的解读五花八门之际,我们提出了一种新的见解:在古代,“把”字可能通假为“耙”。基于这一发现,我们将“把头算”所用的计算工具巧妙地比喻为形似农具“谷耙”的一长一短两件物品,这样的阐释似乎更加贴切。 谈及“运筹帷幄”,我们不禁好奇,“运筹算”究竟是如何运作的呢?其精髓在于“小数离去大数来,运于掌中巧安排”这一简单而巧妙的操作。具体来说,运筹算的方法是制作三枚筹,每枚筹上都刻有五条刻线,然后用左手的四指三间来夹持这些筹。每根手指的三节分别代表不同的数位:食指的上节间为个位,第二节间为十位,以此类推,直至手掌间可计算至亿位之巨。此外,筹算,这一古代的常用计算工具,在春秋战国时期的《老子》中就有记载,说明其使用历史之悠久。近年来,古代算筹的实物陆续被发现,证明了其真实存在。不仅如此,南北朝时期的祖冲之在计算圆周率时也采用了算筹,进一步印证了其在古代数学中的地位。除了牙筹外,古代的算筹还有木筹、竹筹、铁筹和玉筹等多种材质。 在古代中国,筹算与运筹算是两大重要的计算工具。经过长期的交融与演变,它们共同为现代珠算体系的形成奠定了坚实基础。自明代起,珠算便以其独特的魅力,风靡全球,至今仍闪耀着古人的智慧之光。每当凝视这些古典而精巧的算具,我们仿佛能穿越时空,目睹先人们为解决计算难题而精心设计的各种算法。这样的历史底蕴与文化瑰宝,令人深感自豪与赞叹。 第三部分 用珠算计算积分 10 4 3 2 4 3 2 例如计算积分∫ (x +6x +5x +6)dx,这里y=x +6x +5x +6 100 方法一 4 3 2 4 第一步,将10带入方程式x +6x +5x +6,首先用算盘计算x =10000,再将这个数记录到 3 2 太一算上面,再计算6x =6000,再将这个数记录到太一算上面,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再计算5x =500,再将这个数记录到太一算上面,最后再将6记录到太一算上面,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再用两仪算计算10000+6000=16000,将这个数记录在太一算上,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再用两仪算计算500+6=506,将这个数记录在太一算上,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再用三才算计算16000+506=16506,将这个数记录在太一算上。按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 4 3 2 4 第二步,将100带入方程式x +6x +5x +6,首先用算盘计算x =100000000,再将这个数记录到 3 2 太一算上面,再计算6x =6000000,再将这个数记录到太一算上面,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再计算5x =50000,再将这个数记录到太一算上面,最后再将6记录到太一算上面,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再用两仪算计算100000000+6000000=1006000000,将这个数记录在太一算上,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再用两仪算计算50000+6=50006,将这个数记录在太一算上,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 再用三才算计算1006000000+50006=1006050006,将这个数记录在太一算上。按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 第三步,分别计算x=20,x=30.x=40,...,x=90时的y值,按照这些数值的大小制作木条,数值多大,木条就多长。 第四部,将上面的木条放到围棋棋盘上,木条越长,所占棋盘的面积就越大,木条越短所占棋盘的面积就越小。当增加x的数值时,木条的长度就会增加,木条所占的面积就会增加。 第五部,将所有木条按照x的取值从大到小,排列在一起,就会在围棋棋盘上占一个面积,这个面积就是积分的数值。这就类似y和x轴围成的面积一样,面积由很多y的取值线组成。 方法二 将算盘计算的结果放到八卦算里,10就在八卦的内圈,100在八卦的外圈,1000在八卦的更外圈,例如数值937,八卦的在外圈是9,中间一圈是3,最里面的一圈是7,这样就表示数值937。 同时,还可以用成数记录,数值的位数,例如,上面计算的100000000,是9位数就用成数的9表示, 用把头算记录数值的大小,例如,上面计算的1006000000,,只有数子1和6,就用把头算的1和6表示。 用成数和把头算组合到一起就会表示一个数。当要调节这个数值的大小时,只需要调节龟算数值的大小,当龟算转一圈后,数值就会增大10倍。 同时,三栏算盘的最下一栏的数值表示龟算计算结果的数值,很多个龟算计算结果的数值放在一起,就会发现龟算计算结果值从大到小的变化。 再将这些数值按照面积大小用白子在围棋棋盘上围成一个圈,当很多圈组合到一起就会得到一个总的面积,这个面积就是积分的数值。 |
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