3
Поступать таким же образом со всеми встречшимися на практике числами было бы неудобно. Далее если бы наши потребности ограничивались счетом в пределах тысяч, надо было бы запомнить тысячу специальных знаков. Естественно, что уже давно люди стали выбирать тот или иной ряд «ключевых» чисел и только их обозначать специальными знаками. Такова, например, римская система числения (нумерации), основанная на ключевых числах
1, 5, 10, 50, 100, 500 и 1000.
Эти числа в римской системе числения обозначают буквы I («и»), V («ве»), X («икс»), L («эль»), C («це»), D («де») и M («эм»).
Такие обозначения частно производили от рисунков, изображенных неокогда соответствующие числительные (I — палец, V — пятерия с расставлением пальцами, X — две пятери), а частно являются сокращениями латинских слов (centum — сто, demimille — пятьсот, mille — тысяча).
Так как римская система нумерации нужна нам только для примера, мы рассмотрим ее в более древнем, упрощенном варианте, когда число «четыре» писалось в виде IIII, а не в виде IV. Число 3477 в этой старом римской системе записывается так: МММССССCLXXVII=3·1000+4·100+50+2·10+5+2.
Аналогично поступает кассир, имеющий денежные купоры достоинством в 100 рублей, 50 рублей, 25 рублей, 10 рублей, 5 рублей, 3 рублей и 1 рублей. Для кассира ключевыми являются числа
100, 50, 25, 10, 5, 3 и 1.
Желая выплать, скажем, 499 рублей, он выдает сначала столько сотных бумажек, сколько возможно,
что бы выдать лишнего:
499 = 4·100 + 99.
Затем он выдает столько купор по 50 рублей, сколько возможно, чтобы выдать не более оставшихся к выплате 99 рублей:
499 = 4·100 + 1·50 + 49,
и т. д. Иногода у него может получить остаток меньше, чем следующее ключевое число. Так будет на нашем примере после выдачи двух десятирubleков:
499 = 4·100 + 1·50 + 1·25 + 2·10 + 4.
Следующее ключевое число равно 5, однако, так как 4 < 5, то пятирubleков выдавать не придется. Но для полотны картины можно считать, что было выдано 0 пятирubleков, и включить в сумму слагаемое 0·5. Вся процедура выдачи 499 рублей запишется так:
499 = 4·100 + 1·50 + 1·25 + 2·10 + 0·5 + 1·3 + 1·1.
Попробуем теперь обобщить сказанное, взяв в качестве последовательности ключевых чисел («базиса») любую последовательность возрастания чисел:
(1)
Опишем, как получить запись произвольного числа в системе чисел с базисом (1).
В последовательности (1) ключевых чисел находится самое большое число , не превысаящее . Дelim на и получаем (неполное) частное и остаток :
, где .
Первый остаток делим на следующее ключевое число . Положаем
,
где , или
.
(Заметьте, что мы не исключаем здесь и тот случай, когда , — в этом случае все последующее частные
4
и остатки будут равны нулю!) Терьерь новый остаток делим на ; мы получаем
где
или
и т. д.
В конце концов, разделив предпоследний остаток на , получаем
где .
(Tак как , то делить на него «последний остаток» излише: ясно, что .) Практические подобное многоократное деление обычно записьают слитно. Как это делается, мы показем на уже разобранном примере запись суммы в 499 руб. в «системе кассира»:
(Здесь все частиные и т. д. набранны красными цифрами, а само число и остатки и т. д. — синими.)
§ 2. Позиционные системы счисления
Вероятно, вы уже договорались, что в случае базиса
мы будем иметь дело с общеупотребительной детической системой счисления. Но вместе того, чтобы писать, скажем,
мы пишем просто 403017.
Рассейный или чересчур пунктульный кассир мог бы приготовить для записи своих выдачевedomость, где число выданных купюр разного достинства запосилось бы в отдельные столбцы. В такойedomости выдача 499 рублей выглядела бы так:
| | 100 | 50 | 25 | 10 | 5 | 3 | 1 |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| 499 | 4 | 1 | 1 | 2 | 0 | 1 | 1 |
Можно сказать, что в «системе счисления кассира» число 499 записывается в виде
Системы счисления, родственные разобранным в последних двух примерах (т. е. десятичной системе счисления и «системе кассира»), называются позиционными (о значении этого выражения мы еще скажем ниже). Вместо громоздкой записи
в позиционной системе счисления с базисом (1) удобно пользоваться более компактной записью из «цифры»:
«».
При этом предполагается, что «цифры» получены тем способом (алгоритм), который был описан выше.
Из этого описания ясно, что в заданном базисе каждой натуральное число записьается единственным образом. Далее, так как «старшая цифра» получается как частное от деления на числа , которое по условию меньше (ибо иначе мы начали бы с деления на , а не на !), то . Поэтому,
6
Существование и специальное обозначение для нуля, напоминавшее полузакрытый глаз:
Вот несколько примеров записи чисел в системе майя:
Основное стлиние записи чисел в варианском системе числения и по системе майя от римской нумерации как раз и заключается в «позиционном» принципе этих систем: в то время как у римлян буква I всегда означает единицу, а V — пятерку, независямо от того, где эти буквы стояят, у древних вивилонян и у индейцев майя значение «цифры» существует зависят от занимаемого его места, или «позиции». Именно поэтому такие системы записи чисел (к числу которых принадлежит и общераспространенная «десятичная система», созданная в Индии в VIII—IX вв. или немного раныше) называют позиционными.
Упражнения
-
Записать в «полной системе кассира» (где «ключевыми» является следующие числа: 10000, 5000, 2500, 1000, 500, 300, 100, 50, 20, 15, 10, 5, 3, 2 и 1, отвечающие выраженным в копейках ценностям всех существующих бумажных денег и всех монет сумму в 233 руб. 87 коп. Записать операцию перевода 23387 коп. в «систему кассира» с помощью «непрерывного деления» (см. стр. 4).
-
Прочесть записанное по варианском системе число
-
Прочесть записанное по системе майя число
(Это самое большое число, обнаруженное в памятниках культуры майя.)
§ 3. Системы числения с заданным основанием
Так называются системы числения с базисом
где — любое целое число, большее единиц. Это число называется основным системы числения.
К числу таких систем принадлежит общая десятиная система числения с основанием , в варианском шестидесетеричная () и получившая широкое применение в последнее время в связи с нуждами вычислительной техники двойная система числения (). В случае произвольного основания говорят о «d-ичной» системе числения.
В -ичной системе числения запись имеет следующий смысл:
8
шне 1, различные или одинаковые.
В такой системе счисления в записи числа
первая с конца цифра может принимать значений 0, 1, 2, …, — 1. следующего цифра может принимать значений от 0 до — 1; цифра может принимать значения от 0 до — 1 и т. д.
При этом в системе счисления с базисом (3), как и в -ичной системе счисления (в котором наша система обращается в случае ), имеет смысл лю б а я запись
где — натуральные числа такие, что и т. д. В самом деле, легко проверить, что при обращении числа в нашу систему счисления по методу «непрерывного деления» (см. выше стр. 4) получается цифры:
To, что такое благополучное положение не является общим законом, мы показем на примере одной очень простой «системы счисления».
2° «Четная» система счисления.
Прием за базис системы счисления все четные числа (и число ):
Так как здесь
и
при всех ,
то эта система счисления, подобно двойной, знает всего две «цифры»: 0 и 1. Условия обозначать числа, записанные в этой «четной» системе счисления красным цветом. Тогда, оченьindo,
и т. д.
И вообще все числа изображаются либо единшей с тем или иным количеством нуля в конце (четные числа), либо двуяяяющее большинство последовательности нуля и единиц не выражают ни каких чисел в «четной» системе счисления, поскольку в ней единца может стать лишь на первом месте и — иногда — на последнем месте.
И, наконец, еще один пример.
3° «Системаprodavца». Стандартный набор гирь для чашечных весов в магазине обобщено включает гири: 10 е, 20 е (2), 50 е, 100 е, 200 е (2), 500 е, 1 ке, 2 ке (2) и 5 ке.
Продавец пользовется этим набором гирь, как кассир ассигнациями, имеющимся в кассе. А именно, ответивая товар, он прежде всегоkladет на весы самую тяжелую из не перевишивающих товаров гирь, далее онkladет старшую из оставшихся гирь и т. д.
Так, например, взвешивая кусок мяса весом в 3 ке 460 е, он использует гирь, показанных на рисунке.
9
Обобщая эту хорошего известную всем торговым служащим и всем хозяйским систему «представленной чисел (весов) с помощью заданной системы гирь», мы приходим к системе численения с базисом
1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, …
в которой 3 ккал 460 г запишется так
11020101000.
В этой системе численения в записи
последняя цифра может равнять лишь 0 или 1 (ибо ); предпоследняя цифра может принимать значения 0, 1 или 2 (так как ); третья от конца цифра снова может принимать лишь значения 0 и 1 (ибо ); цифра также может принимать лишь значения 0 и 1, а вот цифра снова может принимать значения 0, 1 и 2 (ибо ).
И вообще в этой системе численения все цифры
могут принимать значения 0, 1 и 2, а все остальные цифры — лишь значения 0 и 1 (Позотому продавцу в магазина достаочно имеет две двухлограммовые гири и только по одной гире в 1 ккал и в 5 ккал.)