原始人是如何学会除法的?
自从雇人帮助自己捕鱼后,你就已经很久没有去过河边。被雇佣的人利用你发明的工具在河里捕鱼,再每天从你这里获得固定的鱼数作为报酬。
因为每个人对工具的熟练度不同,他们各自捕鱼的数量有多有少。你开始在心里思考,能不能从自己的鱼中拿出一部分,奖励给捕鱼数量更多的人。这样一来获得奖励的人自然会很开心,同时也能激励未获得奖励的人想办法去捕到更多的鱼。
你计划每天拿出自己获得鱼数的一半作为奖励,所有当天捕鱼数量达到5条的人,就可以平分这些奖励。确定好方案后,第二天你便将它告知给了所有雇员。
第一天你总共获得了18条鱼,当天有3个人捕鱼数量达到了5条,你现在遇到了两个新的计算问题。第一个问题是,18条鱼的一半是多少条?第二个问题是,将这一半鱼平均分给3个人,每个人可以获得几条?你的大脑开始旋转起来。
习惯了用石子表示鱼数的你已经开始在地面上来回摆弄,有了之前的计算经验,你相信这两个问题也一定会有方法直接用符号算出答案。
你先在地上放上18个石子,然后将它们一个一个平均分成2份,你在石板上记录下分配的结果。
接着,你又将分配后的其中一份拿来作为奖励,平均分给3个人。
看着自己记录的符号,你产生了一种似曾相识的感觉。你发现,如果把自己记录的符号从右至左反过来看,就相当于自己在给三个人发工资,每人的工资是3条鱼,这时就可以用之前总结的乘法规律直接算出总数。
也就是说,通过乘法计算,你只要猜出哪个数字,乘以分配的人数,刚好等于分配的总数,那这个数就是你需要的答案。
为了验证自己发现的规律是否正确,第二天你便开始使用这个方法进行计算。你先用符号算出一个结果,再通过摆放石子的方式来验证计算结果是否正确。
在这天里,你总共获得了24条鱼,其中有4个人捕鱼的数量达到了5条。
通过验证你发现自己的计算的结果完全正确,可是很快你就遇到了新的问题。一天你获得了26条鱼,经过计算你需要拿出13条鱼作为奖励。
同一天中有3个人捕鱼的数量达到了5条,经过计算你发现没有数字乘以3可以刚好等于13。如果给3个人每人分4条鱼,会剩下1条鱼。如果每人分5条鱼,又会少2条鱼。
为了避免自己的鱼变少,你决定使用第一种方案,给3个人每人分配4条鱼。然后将每天分配后剩余的鱼数全部加起来,等到年末再作为奖励平均分给所有人。
由于这种新发明的计算规律利用了乘法运算,于是你发明了一种与乘法类似的符号来表示它。
对于分不均有剩余的情形,你又另外发明了两个新的符号来表示每人分到的数量和剩余的数量。
随着捕到的鱼数不断增加,你越来越难直接想出哪个数和分配人数相乘可以得到总数,你知道你不得不想出新的规律来帮助自己快速找到它。
根据以前的经验,当计算的数字变大时,可以将它利用位置进行拆分,从而变成一位数之间的计算。
你先尝试着像之前一样,将每一位数单独与分配人数进行计算,得到各个位置分配后的数和剩余的数。接着将剩余的数按此规则重新与分配人数再次进行计算,直到剩余的数小于分配人数为止。
在这个重复的过程中,剩余的数字会越来越小,在进行最后一次计算时,你总是可以回到直接想出答案的范围内。最后,再将每次分配的数全部加起来,得到的结果就是每人可以分得的总数,而最后一次剩余的数就是最终未分配的数量。
在尝试的过程中你发现了一个问题,当一个位置上的数比分配人数少时,会一直停留在某个重复的操作。
你观察了一下之前能正常计算时的最后一步操作。在这一步中每个位置上的数字也比分配人数小,但是因为你可以凭记忆直接想出答案,所以会将最后两个位置的数字当做一个数进行计算。
你开始对之前的规则进行修改。如果某一位数小于分配的人数,可以将它与左边的数字看成一个整体再进行计算。如果关联后的数还是小于分配的人数,就将它们继续向左关联。并且在与关联后的数字进行运算时,你将最大的分配数字规定为10,方便自己计算。利用新的计算规则,你就可以跳出之前的循环,获得正确答案。
利用上面的计算规则,你已经可以获得正确答案,但是计算过程中会有两个不太方便的地方。
第一个是在每一次计算的最后,你都需要将很多次分配后的数加起来才能获得分配总数。
第二个是当左边位置的数字比较大时,你需要反复计算好几遍,才能将它们分配完成。
为了减少这种不方便,你决心要找到一种更简洁的计算规则。你一边观察上面的计算过程,一边思考新的方法。
你在每一步操作中,都在不断减少剩余数量。上面的第二个问题会发生,是因为左边位置所代表的实际数量比分配数量大很多,当右边数字不够分时会不断的与左边位置进行结合,而你对结合后的数进行计算时,每次最多只能分配10,因此需要经过很多次才能将它们变为不可再分。
想到这里你脑子里面突然冒出来一个想法,既然一边是剩余数量在减少,另一边是要让每个位置的数量变得不可再分,那能不能换个方向,从左往右去减少每个位置的数字。这样一来,每一次的减少都会得到对应位置的最终数字。很快你就按照新的想法尝试起来,上面几个式子就变为了下面这样。
通过新的方法,你只用了很少的步骤就直接获得了最后的结果,对此你感到很满意。很快你就将分配人数也改为多位数进行尝试,这种方法依然高效。只是在计算的每一步中,需要估算多位数的乘积时,要比从记忆中获取一位数的乘积慢很多,不过你也没想出更好的方式来解决这个问题。
至此,你总结出了将一个数平均分成多份的计算规则。在未来世界的数学课中, 变成了“÷”号,另外两个新符号所代表的数被称为商和余数,你所使用的横线变成了“=”号,你的孙子的孙子的孙子...的孙子也在一代又一代重复学习你所发现的规律。
当被捕捞到的鱼因为工具的进步变得越来越多,如何分配这些鱼就变成了一个问题。这时候出现了一种新需求,在未来世界被称为“公平分配”。一般情况下,为了实现公平分配都会将一样东西平分给所有人。这种分配方式引出了一个新问题,一部分人付出了很多却获得很少,另一部分人却可以不劳而获。直到2202年的未来,如何能解决公平问题,依旧没有一个能让所有人感到满意的答案。
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