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对实践中遇到的所有数字都做同样的事情是不方便的。此外,如果我们的需求仅限于数以千计,我们就需要记住一千个特殊字符。自然地,很长一段时间以来,人们开始选择一个或另一个系列的“关键”数字,并只用特殊的符号来指定它们。例如,这是基于关键数字的罗马编号系统
1、5、10、50、100、500 和 1000。
罗马数字系统中的这些数字代表字母 I (“i”)、V (“ve”)、X (“ix”)、L (“el”)、C (“ce”)、D (“de”) 和 M (“em”)。

这些名称通常源自图,曾经描绘了相应的数字(I - 手指,V - 手指放置的五,X - 两个五),并且通常是拉丁词的缩写(centum - 一百,demimille - 五百,mille - 千)。

由于我们只需要罗马数字系统作为示例,因此我们将在较旧的简化版本中考虑它,此时数字“四”以 IIII 形式而非 IV 形式书写。在这个古罗马系统中,数字 3477 的写法如下:MMMSSSSCLXXVII=3·1000+4·100+50+2·10+5+2。

收银员也做同样的事情,有100卢布、50卢布、25卢布、10卢布、5卢布、3卢布和1卢布面额的纸币。对于收银员来说,数字是关键

100、50、25、10、5、3 和 1。
比如说,想要支付 499 卢布,他首先发行尽可能多的百元大钞,

放弃太多:
499 = 4·100 + 99.

然后,他发行尽可能多的 50 卢布票,以便发行不超过剩余的 99 卢布:
499 = 4·100 + 1·50 + 49,
有时他可能会得到小于下一个关键数字的余数。在我们的例子中,发行两张十卢布后就是这种情况:
499 = 4·100 + 1·50 + 1·25 + 2·10 + 4.

下一个关键数字是 5,但是,由于 4 < 5,因此无需给出 5 卢布。但对于这幅画,我们可以假设给出了 0 个五卢布,并在总和中包含了 0·5 项。发行499卢布的整个程序会这样写:
499 = 4·100 + 1·50 + 1·25 + 2·10 + 0·5 + 1·3 + 1·1.

现在让我们尝试概括已经说过的内容,将任何递增数字的序列作为关键数字序列(“基础”):
q0=1<q1<q2<⋯<qn<…q_0 = 1 < q_1 < q_2 < \dots < q_n < \dots (1)
让我们描述如何在以 (1) 为基数的数系中获得任意数 NN 的表示法。

在关键数字序列(1)中,有最大的数字qnq_n,不超过NN。 Delim NN 除以 qnq_n,我们得到(不完全)商 ana_n 和余数 rn−1r_{n-1}:
N=anqn+rn−1N = a_nq_n + r_{n-1},其中0⩽rn−1<qn0 \leqslant r_{n-1} < q_n。

第一个余数rn−1r_{n-1}除以下一个关键数字qn−1q_{n-1}。我们把
rn−1=an−1qn−1+rn−2r_{n-1} = a_{n-1}q_{n-1} + r_{n-2},
其中0⩽rn−2<qn−10 \leqslant r_{n-2} < q_{n-1},或
N=anqn+an−1qn−1+rn−2N = a_nq_n + a_{n-1}q_{n-1} + r_{n-2}.

(请注意,这里我们不排除 rn−1=0r_{n-1} = 0 时的情况 - 在这种情况下,所有后续商

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余数将为零!)Terrier 新余数 rn−2r_{n-2} 除以 qn−2q_{n-2};我们得到

rn−2=an−2qn−2+rn−3,r_{n-2} = a_{n-2}q_{n-2} + r_{n-3},

在哪里

0⩽rn−3<qn−2,0 \leqslant r_{n-3} < q_{n-2},

或者

N=anqn+an−1qn−1+an−2qn−2+rn−3N = a_nq_n + a_{n-1}q_{n-1} + a_{n-2}q_{n-2} + r_{n-3}

ETC。

最后,将倒数第二个余数r1r_1除以q1q_1,我们得到

N=anqn+an−1qn−1+⋯+a2q2+a1q1+r0,N = a_nq_n + a_{n-1}q_{n-1} + \dots + a_2q_2 + a_1q_1 + r_0,

其中0⩽r0<q10 \leqslant r_0 < q_1。

(因为q0=1q_0 = 1,那么除以“最后的余数”r0r_0是多余的:显然是r0=a0q0=a0r_0 = a_0q_0 = a_0。)在实践中,这种多重除法通常写在一起。我们将使用已经讨论过的记录 499 卢布金额的示例来展示如何完成此操作。在“收银系统”中:

499×100+499×50+499×25+499×10+499×5+499×1+499499 \times 100 + 499 \times 50 + 499 \times 25 + 499 \times 10 + 499 \times 5 + 499 \times 1 + 499

(这里所有部分an,an−1a_n, a_{n-1}等都用红色数字输入,数字本身NN和余数rn−1,rn−2r_{n-1}, r_{n-2}等用蓝色输入。)

§ 2. 位置数系统

您可能已经同意,在有基础的情况下

q0=1,q1=10,q_0 = 1, \quad q_1 = 10,

q2=102,…,qn=10n,…q_2 = 10^2, \dots, q_n = 10^n, \dots

我们将处理常用的儿童数字系统。但不要写,而是说,

4⋅105+0⋅104+3⋅103+0⋅102+1⋅10+74 \cdot 10^5 + 0 \cdot 10^4 + 3 \cdot 10^3 + 0 \cdot 10^2 + 1 \cdot 10 + 7

我们只需写403017。

心烦意乱或过于准时的收银员可以准备一份输出记录,其中不同面额的已发行钞票的数量将记录在单独的列中。按照这种格式,发行 499 卢布将如下所示:

| | 100 | 50 | 25 | 10 | 5 | 3 | 1 |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| 499 | 4 | 1 | 1 | 2 | 0 | 1 | 1 |

我们可以说,在“收银员号码系统”中,数字 499 写为

4112011.4112011.

与最后两个示例中讨论的数字系统(即十进制数字系统和“出纳系统”)相关的数字系统称为位置(我们将在下面讨论该表达式的含义)。代替繁琐的录音

N=anqn+an−1qn−1+⋯+a2q2+a1q1+a0N = a_nq_n + a_{n-1}q_{n-1} + \dots + a_2q_2 + a_1q_1 + a_0

在以 (1) 为基础的位置数字系统中,使用 n+1n+1“数字”的更紧凑的表示法会很方便:

«anan−1…a2a1a0a_na_{n-1} \dots a_2a_1a_0».

假设“数字”aka_k是以与上述相同的方式(算法)获得的。

从这个描述可以清楚地看出,在给定的基础上,每个自然数 NN 都以独特的方式书写。此外,由于“主要数字”ana_n是由数字NN除以qnq_n的商获得的,按照惯例,它小于qn+1q_{n+1}(否则我们将从NN除以qn+1q_{n+1}开始,而不是除以qnq_n!),然后是an<qn+1/qna_n < q_{n+1}/q_n。这就是为什么,

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零的存在和特殊指定,就像一只半闭的眼睛:

以下是在玛雅系统中书写数字的一些示例:

[1⋅20+0=20,19⋅360+13⋅20+13=7113,10⋅360+7=3607][1 \cdot 20 + 0 = 20, \quad 19 \cdot 360 + 13 \cdot 20 + 13 = 7113, \quad 10 \cdot 360 + 7 = 3607]

瓦里安数字系统和玛雅系统中记录数字的主线源自罗马编号,恰恰在于这些系统的“位置”原则:而在罗马人中,字母I始终表示一,而V表示五,无论这些字母位于何处,而在古巴比伦人和玛雅印第安人中,“数字”的含义取决于其位置或“位置”。这就是为什么这种记录数字的系统(包括 8-9 世纪或更早的印度创建的常用“十进制系统”)被称为位置系统。

练习

  1. 在“完整的出纳系统”中记下(其中“关键”数字如下:10000、5000、2500、1000、500、300、100、50、20、15、10、5、3、2和1,对应于所有现有纸币和所有以戈比表示的硬币的价值,金额为233 87 戈比 使用“连续除法”记录将 23387 戈比转入“出纳系统”的交易(参见第 4 页)。

  2. 读取瓦里安系统中写入的数字

  3. 读取玛雅系统中书写的数字

(这是玛雅遗址中发现的最大数字。)

§ 3. 给定基数的数字系统

这是有基础的数字系统的名称

q0=d0=1,q1=d1=d,q2=d2,q3=d3,q4=d4,…,(2)q_0 = d^0 = 1, \quad q_1 = d^1 = d, \quad q_2 = d^2, \quad q_3 = d^3, \quad q_4 = d^4, \dots, (2)

其中 dd 是任何大于 1 的整数。这个数dd称为基本数系。

这些系统包括以d=10d=10为基数的通用十进制、瓦里安六进制(d=60d=60)和双数系统(d=2d=2),这些系统最近随着计算机技术的需要而被广泛使用。在任意基数dd的情况下,我们称之为“d进制”数字系统。

在 dd 进制中,符号 N=⟨anan−1…a2a1a0⟩N = \langle a_n a_{n-1} \dots a_2 a_1 a_0 \rangle 具有以下含义:

N=andn+an−1dn−1+⋯+a2d2+a1d+a0.N = a_n d^n + a_{n-1} d^{n-1} + \dots + a_2 d^2 + a_1 d + a_0.

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1、不同或相同。
在这样的数字系统中,数字被写成

N=⌈anan−1…a2a1a0⌉N = \lceil a_n a_{n-1} \dots a_2 a_1 a_0 \rceil

倒数第一个数字 a0a_0 可以取 d0d_0 值 0, 1, 2, …, d0d_0 - 1。下一个数字 a1a_1 可以取 d1d_1 值从 0 到 d1d_1 - 1;数字a2a_2可以取0到d2d_2 - 1等值。

此外,在以 (3) 为基数的数系中,以及在 dd 进制数系中(其中我们的系统在 d0=d1=d2=d3=⋯=dd_0 = d_1 = d_2 = d_3 = \dots = d 的情况下是相反的),任何条目都是有意义的

N=⌈anan−1…a2a1a0⌉,N = \lceil a_n a_{n-1} \dots a_2 a_1 a_0 \rceil,

其中a0,a1,a2,…,ana_0, a_1, a_2, \dots, a_n是自然数,例如a0<d0,a1<d1,a2<d2a_0 < d_0, a_1 < d_1, a_2 < d_2等。事实上,很容易检查到,当使用“连除”方法将数字N=anqn+an−1qn−1+⋯+a2q2+a1q1+a0N = a_n q_n + a_{n-1} q_{n-1} + \dots + a_2 q_2 + a_1 q_1 + a_0转换到我们的数字系统时(参见上面的第4页),得到以下数字:

an,an−1,an−2,…,a1,a0.a_n, a_{n-1}, a_{n-2}, \dots, a_1, a_0.

我们将用一个非常简单的“数字系统”的例子来证明这种有利的情况不是一般规律。

2°“偶”数系统。

以所有偶数(以及数字q0=1q_0 = 1)作为数系的基础:

q0=1,q1=2,q2=4,q3=6,q_0 = 1, \quad q_1 = 2, \quad q_2 = 4, \quad q_3 = 6,

q4=8,q5=10,q6=12,q_4 = 8, \quad q_5 = 10, \quad q_6 = 12,

自从这里

q1q0=q1=2\frac{q_1}{q_0} = q_1 = 2

和

qn+1qn=2(n+1)2n=n+1n=1+1n<2\frac{q_{n+1}}{q_n} = \frac{2(n+1)}{2n} = \frac{n+1}{n} = 1 + \frac{1}{n} < 2 对于所有n>1n > 1,

那么这个数字系统就像双数字系统一样,只知道两个“数字”:0和1。条件是将这个“偶数”数字系统中写的数字指定为红色。然后,非常印度,

2=10,3=11,4=100,5=101,6=1000,7=1001,8=10000,9=100012 = 10, \quad 3 = 11, \quad 4 = 100, \quad 5 = 101, \quad 6 = 1000, \quad 7 = 1001, \quad 8 = 10000, \quad 9 = 10001等

一般来说,所有数字要么被描述为末尾有一个或另一个零的数字(偶数),要么绝大多数零和一序列不表示“偶”数字系统中的任何数字,因为在“偶”数字系统中,一个只能出现在第一位,有时甚至出现在最后一位。

最后,再举一个例子。

3°“业务员制度”。商店中杯秤的一套标准砝码通常包括:10e、20e(2)、50e、100e、200e(2)、500e、1ke、2ke(2)和5ke。

卖家像钞票出纳员一样使用这组权重,可在收银机处使用。也就是说,在回答产品时,他首先将不悬在货物上方的最重的重量放在秤上,然后将剩余重量中最大的重量放在秤上,依此类推。

因此,例如,当称量一块重 3 ke 460 e 的肉时,他使用 图 所示的重量。

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概括这个众所周知的数字(权重)系统“使用给定的权重系统由数字(权重)表示”,为所有销售员工和所有企业主所熟知,我们得出一个具有基础的数字系统
1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, …
其中3大卡460克会这样写
11020101000.

在这个数字系统中记录
N≪anan−1a2a1a0N \ll a_n a_{n-1} \quad a_2 a_1 a_0
最后一位数字a0a_0只能等于0或1(因为q1=2q_1 = 2);倒数第二位a1a_1可以取值0、1或2(从2<q2/q1<32 < q_2/q_1 < 3开始);倒数第三个数字a2a_2再次只能取值0和1(从q3/q2=2q_3/q_2 = 2开始);数字a3a_3也只能取值0和1,但是数字a4a_4又可以取值0、1和2(因为2<q5/q4<32 < q_5/q_4 < 3)。

一般来说,在这个数字系统中所有的数字
a1,a4,a7,a10,…,a3k+1a_1, a_4, a_7, a_{10}, \dots, a_{3k+1}
可以取值 0、1 和 2,所有其他数字只能取值 0 和 1(对于店员来说,有两个 2 克的砝码就足够了,1 大卡和 5 大卡各一个。)