Кіріспе

Сандарды бейнелеу немесе кодтау әдісі. Позициялық белгілеу (немесе орындық мән белгілеу немесе позициялық сандық жүйе) әдетте индус-араб сандық жүйесінің (немесе ондық жүйе) кез келген негізге таралуын білдіреді. Жалпы алғанда, позициялық жүйе – сандық жүйе, онда санның мәніне цифрдің үлесі цифрдің орнына байланысты фактормен көбейтілген цифрдің мәні арқылы анықталады. Ерте сандық жүйелерде, мысалы, римдік сандарда, цифрдің тек бір ғана мәні болады: I – бір, X – он, C – жүз (бірақ, егер цифр басқа цифрдың алдына қойылса, оның мәні теріс болуы мүмкін). Қазіргі заманғы позициялық жүйелерде, мысалы, ондық жүйеде, цифрдің орны оның мәнін белгілі бір шамаға көбейту қажеттігін білдіреді: 555 санындағы үш бірдей символ цифр тізбегіндегі әртүрлі орындарының арқасында сәйкесінше бес жүзді, бес ондықты және бес бірлікті көрсетеді. Бабыл сандық жүйесі, 60 негізінде, алғашқы дамытылған позициялық жүйе болды және оның ықпалы бүгінгі күні уақыт пен бұрыштарды 60-қа байланысты санауда көрінеді, мысалы, сағатта 60 минут және шеңберде 360 градус. Бүгінде индус-араб сандық жүйесі (ондық негіз) әлемде ең көп қолданылатын жүйе болып табылады. Дегенмен, екілік сандық жүйе (екілік негіз) дерлік барлық компьютерлерде және электрондық құрылғыларда қолданылады, өйткені оны электрондық тізбектерде тиімді жүзеге асыру оңай. Теріс негізді, күрделі негізді немесе теріс цифрлы жүйелер сипатталған. Олардың көпшілігі теріс сандарды көрсету үшін минус белгісін қажет етпейді. Радикс нүктесін (ондық негіздегі ондық үзіліс) қолдану бөлшектерді қамтиды және кез келген нақты санды кез келген дәлдікпен көрсетуге мүмкіндік береді. Позициялық белгілеумен арифметикалық есептеулер кез келген ескі сандық жүйеге қарағанда әлдеқайда оңай; осының арқасында бұл белгі Батыс Еуропаға енгізілген кезде тез тарады.

Тарих

Бүгінде он саусақпен санауға негізделген ондық жүйе кеңінен қолданылады. Бұрын да, қазір де басқа сандар жүйелері қолданылған. Мысалы, бірінші позициялық сандық жүйе ретінде танылған вавилондық сандық жүйе 60-қа негізделген. Алайда, оған нақты нөл болмаған. Бастапқыда тек контекст арқылы түсінілген, кейіннен б.з.д. 700 жылға дейін нөл сандар арасында «бос орын» немесе «пунктуация белгісі» (мысалы, екі көлбеу сызық) арқылы көрсетіле бастады. Бұл нөлдің орнын толтырушы болған, өйткені ол жеке немесе санның соңында қолданылмаған. 2 және 120 (2×60) сияқты сандар бірдей көрінетін, өйткені үлкен санның соңғы орны бос болған. Оларды ажырату үшін тек контекст қана қолданылған. Көп салалы ғалым Архимед (шамамен б.з.д. 287–212) өзінің «Жем-жаңбырды есептеуші» еңбегінде 108-ге негізделген ондық позициялық жүйені ойлап тапты, кейіннен неміс математигі Карл Фридрих Гаусс, егер Архимед өзінің керемет жаңалықтарының әлеуетін толыққанды түсінген болса, ғылым қандай биіктерге жетер еді деп қайғырды. Ежелгі грек және рим астрономдары вавилондық үлгіде 60-тық жүйені қолданды (қараңыз). Позициялық жазу стандартқа айналғанға дейін, римдік сандар сияқты қарапайым қосымша жүйелер (белгілік мәнді жазу) қолданылған, ал ежелгі Римдегі және орта ғасырлардағы есепшілер арифметикалық амалдар жасау үшін абақты немесе тас санағыштарды пайдаланған. Санақ таяқшалары мен абақтының көпшілігі сандарды позициялық сандық жүйеде көрсету үшін қолданылған. Арифметикалық амалдарды орындау үшін санақ таяқшаларын немесе абақты пайдаланғанда, есептеудің бастапқы, аралық және соңғы мәндерін әр позицияда немесе бағанда қарапайым қосымша жүйемен жазу оңай болды. Бұл тәсіл кестелерді жаттауды қажет етпеді (позициялық жазу сияқты) және тез нәтижелер беруге мүмкіндік берді. Ең көне позициялық жазу жүйесі – кем дегенде 8 ғасырдан бері қолданылып келе жатқан қытайлық таяқша сандары немесе, мүмкін, 7 ғасырда позициялық сандардың қолданылуын көрсететін кхмерлік сандар. Кхмерлік сандар және басқа да үнділік сандар б.з.д. 3 ғасырға дейінгі брахми сандарынан шыққан, олардың белгілері сол кезде позициялық түрде қолданылмаған. Орта ғасырлық үнділік сандар позициялық, сондай-ақ олардан туындаған араб сандары да 10 ғасырдан бері жазылып келеді. Француз революциясынан (1789–1799) кейін жаңа француз үкіметі ондық жүйені кеңейтуді қолдады. Ондық уақыт және ондық күнтізбе сияқты ондыққа бағытталған кейбір әрекеттер сәтсіз аяқталды. Басқа француздық ондыққа бағытталған әрекеттер – валютаның ондыққа бөлінуі және өлшемдер мен салмақтардың метрикалануы – Франциядан бүкіл әлемге кеңінен тарады.

Позициялық бөлшектердің тарихы

Дж. Леннарт Берггрен позициялық ондық бөлшектерді алғаш рет араб математигі Абу әл-Хасан әл-Уклидиси X ғасырда қолданғанын айтады. Яһуди математигі Иммануэль Бонфильс 1350 жыл шамасында ондық бөлшектерді қолданған, бірақ оларды көрсету үшін ешқандай белгі жасаған жоқ. Парсы математигі Жамшид әл-Каши де 15 ғасырда осылайша ондық бөлшектерді тапқан. Көрсеткіші жоғарыда, бөлімі төменде жазылған, арасында көлденең сызығы жоқ бөлшектің осы түрін 10 ғасырғы Абу әл-Хасан әл-Уклидиси және 15 ғасырғы Жамшид әл-Кашидің «Арифметика кілті» еңбегінде де қолданған. Бірден кішкентай сандарды ондық түрде көрсетуді қабылдау, яғни бөлшекті, көбінесе Саймон Стевиннің «De Thiende» оқулығы арқылы түсіндіріледі; алайда, Стевин де, Э.Дейкстерхуис та Региомонтанның жалпы ондық сандарды еуропалықтардың қабылдауына үлес қосқанын көрсетеді: еуропалық математиктер индустардан, арабтар арқылы, бүтін сандардың позициялық мәні туралы идеяны қабылдағанда, осы идеяны бөлшектерге таратуға немқұрайды қарады. Олар бірнеше ғасыр бойы қарапайым және алтылық бөлшектерді қолданумен шектелді. Бұл жартылайлық ешқашан толық жеңілген жоқ, және алтылық бөлшектер әлі де тригонометриямыздың, астрономиямыздың және уақытты өлшеудің негізін құрайды. Математиктер R радиусын 10n формасындағы ұзындық бірліктерінің санына тең деп алып, содан кейін n үшін барлық шамаларды толық сандармен жеткілікті дәлдікпен көрсетуге болатын үлкен бүтін мәнді таңдап, бөлшектерден құтылуға тырысты. Бұл әдісті алғаш қолданған неміс астрономы Региомонтан болды. Ол гониометриялық сызық сегменттерін R/10n бірлігінде көрсеткендіктен, Региомонтанды ондық позициялық бөлшектер ілімінің алдын ала болжаушысы деп санауға болады. Мысалы, 8-ші негіздегі 238 саны екі таңбадан тұрады: «2» және «3», және негізгі санымен (индексімен) «8». 10-дық жүйеге ауысқанда 238 саны 1910-ға тең, яғни 238 = 1910. Біздің жазуымызда 238 санының «8» индексі – санның бір бөлігі, бірақ бұл әрқашан осылай бола бермейді. «23» санын белгісіз негізді сан ретінде қарастырайық. Онда «23» 4-тен жоғары кез келген негізде болуы мүмкін. 4-тік жүйеде «23» 1110 дегенді білдіреді, яғни 234 = 1110. 60-тық жүйеде «23» 12310 санын білдіреді, яғни 2360 = 12310. Осы жағдайда «23» саны 10-дық жүйедегі {11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, ..., 121, 123} сандарының жиынына сәйкес келеді, ал оның «2» және «3» таңбалары әрқашан бастапқы мағынасын сақтайды: «2» – «екі», ал «3» – «үш». Санды белгілі бір орындар санымен көрсету қажет болғанда, әр орында көбірек таңбаларды қолдануға болатын үлкен негізді жүйе қолданылуы мүмкін. Үш таңбалы ондық сан тек 999-ға дейін санды көрсетуге мүмкіндік береді. Бірақ егер сандық негізді 11-ге дейін көбейтіп, мысалы, «А» таңбасын қоссақ, онда сол үш орындағы «ААА» саны 1330-ға дейінгі санды көрсетуге мүмкіндік береді. Сандық негізді тағы да арттырып, «B» таңбасын 11-ге теңей беруге болады (бірақ сандық таңбалар иерархиясында сан мен таңба арасында шифрлау да мүмкін). 60-тық жүйедегі үш таңбалы «ZZZ» саны 215999-ды білдіруі мүмкін. Егер біз алфавиттік-цифрлық таңбалардың барлық жинағын қолдансақ, онда 62-ге негізделген сандық жүйеге қол жеткізе аламыз, бірақ «1» және «0» сандарымен шатасуды болдырмау үшін екі таңбаны – үлкен «I» және үлкен «O» – алып тастаймыз. Соның нәтижесінде бізге 60-шы негіз немесе 62 стандартты алфавиттік-цифрлық таңбаның 60-ын пайдаланатын алтылық жүйе қалады. (Бірақ төмендегі Алтылық жүйені қараңыз.) Жалпы, k таңбалы санның базадағы мүмкін мәндерінің саны: Компьютерлік ғылымдағы кең таралған сандық жүйелер – екілік (радикс 2), сегіздік (радикс 8) және он алтылық (радикс 16). Екілік жүйеде тек «0» және «1» таңбалары қолданылады. Сегіздік жүйеде сегіз таңба бар: 0–7. Он алтылық жүйеде 0–9 және A–F таңбалары қолданылады, онда он сандық өздерінің әдеттегі мағынасын сақтайды, ал әріптер 10–15 мәндеріне сәйкес келеді, барлығы он алты таңба. «10» саны екілік жүйеде «2», сегіздік жүйеде «8», ал он алтылық жүйеде «16» болып табылады.

Түс нүктесі

Бұл белгілеуді b негізінің теріс дәрежелеріне дейін кеңейтуге болады. Осы арқылы радикс нүктесі деп аталатын, көбінесе «,» символы, оң дәрежелі және теріс дәрежелі разрядтарды бөлу үшін қолданылады. Бүтін сандар емес сандар радикс нүктесінен кейінгі разрядтарды пайдаланады. Осы нүктенің артындағы әрбір разряд үшін (яғни, бірлік разрядынан кейін) n дәрежесі bn-нің 1-ге төмендейді және дәреже 0-ге жақындайды. Мысалы, 2.35 саны:

Қолтаңба

Егер негіз және цифрлар жиынтығындағы барлық цифрлар теріс емес болса, теріс сандарды көрсету мүмкін емес. Бұл мәселені шешу үшін сандық жүйеге минус белгісі, мысалы « », қосылады. Көбінесе бұл белгі, теріс емес санды білдіретін цифрлар тізбегінің басына қойылады.

Сексагизмальдық жүйе

Сексагезимал немесе 60 негізді жүйе Вавилон сандарының және басқа да Месопотамия жүйелерінің толық және бөлшек бөлімдері үшін, тек бөлшек бөлігі үшін грек сандарын қолданған эллинистік астрономдар үшін қолданылған, және қазіргі уақытта да уақыт пен бұрыштар үшін қолданылады, бірақ тек минуттар мен секундтар үшін. Дегенмен, осы қолданыстардың барлығы позициялық емес. Қазіргі уақытта әр позицияны қос нүкте немесе штрих символмен бөліп көрсетеді. Мысалы, уақыт 10:25:59 (10 сағат 25 минут 59 секунд) болуы мүмкін. Бұрыштарда да ұқсас белгілеу қолданылады. Мысалы, бұрыш 10°25′59″ (10 градус 25 минут 59 секунд) болуы мүмкін. Екі жағдайда да тек минуттар мен секундтар сексагезимал жазуды қолданады – бұрыштық градустар 59-дан үлкен болуы мүмкін (шеңбер бойында бір айналым 360°, екі айналым 720° және т.б.), ал уақыт пен бұрыштар секундының ондық үлесін пайдаланады. Бұл эллинистік және Ренессанс дәуірінің астрономдары қолданған, нақтырақ өлшемдер үшін үштен бірін, төрттен бірін және т.б. қолданған сандардан өзгеше. Біз 10°25′59.392″ деп жазсақ, олар 10°25i59ii23iii31iv12v деп жазар еді. Сандар жиынтығында үлкен және кіші әріптерді пайдалану сексагезимал сандарды қысқартуға мүмкіндік береді, мысалы, 10:25:59 «ARz» болады (I және O әріптерін жою арқылы, бірақ i және o емес), бұл URL-дерде пайдалану үшін ыңғайлы, бірақ адамдарға түсінікті емес. 1930 жылдары Отто Нойгебауэр Вавилон және эллинистік сандар үшін заманауи белгілеу жүйесін енгізді, онда әр позицияда 0-ден 59-ға дейінгі ондық белгілеулер қолданылады, ал санның толық және бөлшек бөлімдерін бөлу үшін нүктелі үтір (;), ал бөлімдер ішіндегі позицияларды бөлу үшін үтір (,) қолданылады. Мысалы, Вавилон және эллинистік астрономдар қолданған және қазіргі еврей күнтізбесінде де қолданылатын орташа синодтық ай 29;31,50,8,20 күнге тең, ал жоғарыдағы мысалдағы бұрыш 10;25,59,23,31,12 градус деп жазылады.

Есептеу

Есептеуде екілік (2-негіз), сегіздік (8-негіз) және оналтылық (16-негіз) жүйелер ең көп қолданылады. Компьютерлер ең қарапайым деңгейде тек нөлдер мен бірліктердің тізбегімен жұмыс істейді, сондықтан екілік сандармен жұмыс істеу оңайырақ. Оналық жүйе екілік жүйенің "қысқаша жазуы" ретінде қолданылады – әр 4 екілік сан (бит) бір ғана оналық санды көрсетеді. Оналық жүйеде 9-дан кейінгі алты сан A, B, C, D, E және F (кейде a, b, c, d, e және f) әріптерімен белгіленеді. Сегіздік сандар жүйесі де екілік сандарды көрсетудің тағы бір тәсілі болып табылады. Бұл жағдайда негіз 8-ге тең, сондықтан тек 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 және 7 цифрлары қолданылады. Екіліктен сегіздікке түрлендіру кезінде әр 3 бит бір ғана сегіздік цифрға сәйкес келеді. Оналық, ондық, сегіздік және көптеген басқа жүйелер екілік мәтінді кодтау, кез келген дәлдіктегі арифметиканы жүзеге асыру және басқа да қолданулар үшін пайдаланылған. Жүйелер тізімі мен олардың қолданылуы туралы ақпарат алу үшін сандар жүйелерінің тізіміне қараңыз.

Адам тіліндегі басқа негіздер

12-базалы жүйелер (дуодецимал немесе он екілік) танымал болды, себебі көбейту мен бөлу 10-базалы жүйеге қарағанда оңай, ал қосу мен алу да оңай. Он екі – пайдалы негіз, өйткені оның көптеген бөлгіштері бар. Бұл бір, екі, үш, төрт және алты сандарының ең кіші ортақ еселігі. Ағылшын тілінде "он екі" дегенге әлі күнге дейін арнайы сөз бар, ал 102, жүз деген сөзге ұқсас, сауда 122, жалпы (gross) деген сөзді жасады. Стандартты 12 сағаттық сағат және ағылшын бірліктерінде 12-ні қолдану негіздің пайдалылығын көрсетеді. Сонымен қатар, ондыққа түрлендіруден бұрын, ескі британдық валюта фунт стерлинг (GBP) ішінара 12-ге негізделген; шиллингте 12 пенс (d) болды, фунтта 20 шиллинг (£), сондықтан фунтта 240 пенс болды. Сондықтан LSD немесе, дұрыс айтқанда, £sd термині пайда болды. Майялар мен Колумбқа дейінгі Мезоамериканың басқа да өркениеттері 20-ны (вигесималды) пайдаланған, солтүстік америкалық тайпалар да сол сияқты (екісі оңтүстік Калифорнияда). 20-ға негізделген санау жүйелерінің дәлелі Орталық және Батыс Африка тілдерінде де кездеседі. Француз тілінде де 20-ға негізделген галликалық жүйенің қалдықтары бар, бүгінгі таңда 60-тан 99-ға дейінгі сандардың атауларында көрінеді. Мысалы, алпыс бес – soixante cinq (сөзбе-сөз айтқанда, "алпыс [және] бес"), ал жетпіс бес – soixante quinze (сөзбе-сөз айтқанда, "алпыс [және] он бес"). Сонымен қатар, 80 мен 99 арасындағы кез келген сан үшін "ондық бағана" саны жиырманың еселігі ретінде көрсетіледі. Мысалы, сексен екі – quatre vingt deux (сөзбе-сөз, төрт жиырма [және] екі), ал тоқсан екі – quatre vingt douze (сөзбе-сөз, төрт жиырма [және] он екі). Ежелгі француз тілінде қырық – екі жиырма, ал алпыс – үш жиырма, ал елу үш – екі жиырма, он үш және т.б. Ағылшын тілінде "scores" деген сөзді қолдануда 20-ға негізделген бірдей санау пайда болады. Көбінесе тарихи болса да, кейде күнделікті тілде қолданылады. Забур 90:10-аят былай деп басталады: "Өмір күндеріміз – жетпіс жыл, ал күшті болсақ – сексен жыл. Геттисберг жолдауы "Төрт жүз жеті жыл бұрын" деп басталады. Ирланд тілінде де бұрын 20-база қолданылған, жиырма – fichid, қырық dhá fhichid, алпыс trí fhichid және сексен ceithre fhichid. Бұл жүйенің бір бөлігі 40-қа тең келетін қазіргі сөзден байқалады, ол – daoichead. Уэльс тілі негізінен 20 санау жүйесін, әсіресе адамдардың жасын, күндерді және жалпы сөз тіркестерін пайдалануды жалғастыруда. 15 саны да маңызды, 16–19 саны "бірден 15", "екіден 15" және т.б. 18 – әдетте "екі тоғыздық". Жалпы ондық жүйе қолданылады. Инуит тілдері 20-ға негізделген санау жүйесін қолданады. 1994 жылы Аляска штатының Кактовик қаласындағы студенттер 20-ға негізделген сандық жүйе ойлап тапты. Жаңа Зеландияның маори тілінде де 20 негізді жүйе бар, ол Te Hokowhitu a Tu терминдерінде соғысқа қатысты (сөзбен айтқанда "Тудың жеті 20-сы") және Tama hokotahi, үлкен жауынгерге қатысты ("20-ге тең бір адам"). Бинарлық жүйе ежелгі Мысыр патшалығында, 3000 ж.б.д. – 2050 ж.б.д. қолданылған. Ол 1-ден кішкентай ұтымды сандарды 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + 1/32 + 1/64-ке дейін дөңгелектеу арқылы, 1/64-ті тастау арқылы (жүйе Хорустың көзі деп аталды) болды. Австралия аборигендерінің бірқатар тілдерінде екілік немесе екілік сияқты санау жүйелері қолданылады. Мысалы, Кала Лагау Яда 1-ден 6-ға дейінгі сандар урапон, укасар, укасар урапон, укасар укасар, укасар укасар урапон, укасар укасар укасар. Солтүстік және Орталық Американың тума тұрғындары төрт негізгі бағытты бейнелеу үшін 4-негізді (төртіншілік) қолданған. Мезоамерикалықтар екінші базалық 5 жүйесін қосуға бейімделіп, өзгертілген базалық 20 жүйесін жасады. Көптеген мәдениеттерде санау үшін 5-ге негізделген жүйе (кинарлық) қолданылған. Бұл сан адамның қолындағы сандарға негізделген. Оны басқа негіздердің, мысалы, 10-база, 20-база және 60-базаның қосалқы негізі ретінде де қарастыруға болады. Сегіздік жүйе (окталь) Солтүстік Калифорнияның Юки тайпасы әзірлеген, олар саусақтың аралықтарын санау үшін қолданған, бұл бірден сегізге дейінгі сандарға сәйкес келеді. Сонымен қатар, қола дәуірі прото-индоевропалықтарының (еуропалық және үнді тілдерінің көпшілігі шыққан) 8-ге негізделген жүйені (немесе 8-ге дейін ғана санай алатын жүйені) 10-ға негізделген жүйемен алмастырғанын көрсететін лингвистикалық дәлелдер бар. Деректер бойынша, 9 деген сөзді, newm, "жаңа", newo деген сөзден алынған деп болжайды, бұл 9 саны жақында ойлап табылған және "жаңа сан" деп аталды. Ежелгі санау жүйелерінің көбісі бесті негізгі негіз ретінде қолданады, бұл адамның қолындағы саусақтарының санына байланысты. Көбінесе бұл жүйелер екінші деңгейлі базамен толықтырылады, кейде он, кейде жиырма. Кейбір африка тілдерінде бес деген сөз "қол" немесе "жұдырық" дегенмен бірдей (Гвинея-Бисаудың Дьола тілі, Орталық Африканың Банда тілі). Санау 5-тің комбинацияларына 1, 2, 3 немесе 4 санын қосу арқылы жалғасады, екінші базаға жеткенше. Жиырма жағдайында бұл сөз көбінесе "толық адам" дегенді білдіреді. Бұл жүйе пенквавигезималды деп аталады. Ол Судан аймағының көптеген тілдерінде кездеседі. Папуа Жаңа Гвинеяда сөйлейтін Телефол тілі 27-базалық сандық жүйеге ие екенімен ерекшеленеді.

Позициялық емес позициялар

Әрбір позицияның өзі позициялық болуы міндетті емес. Вавилондық сексагесимал сандар позициялық болды, бірақ әрбір орнында бірліктер мен ондықтарды көрсететін екі түрлі клиндер тобы болды (бірлік үшін тар тік клин | және ондық үшін ашық солға қарайтын клин ⟨) – бір орынға 5+9=14 символға дейін (яғни 5 ондық ⟨⟨⟨⟨⟨ және 9 бірлік ||||||||| бір немесе екі жақын шаршыға топталған, онда символдардың үш қабатына дейін болуы мүмкін, немесе орынның жоқтығы үшін орын сақтағыш (\\) қолданылған). Ежелгі грек астрономдары әрбір позиция үшін бір немесе екі әріптік грек цифрын пайдаланды (біреуін 10–50 санын көрсететін 5 әріптен және/немесе біреуін 1–9 санын көрсететін 9 әріптен таңдап, немесе нөл белгісін қолданды).