古埃及人在土地测量的过程中发展出了几何学,更是登峰造极地创造了金字塔这样的世界奇观。但他们其实偏科很严重,代数水平非常一言难尽,甚至还发明了一种反人类的分数表达方法。
●古埃及人是怎么写分数的?
埃及人写分数,用的是一种我们现代人很难理解的方法,他们非得将所有的分数都写成好几个不同的“n分之一”的和。
比方说3/4古埃及人是不理解的,他们得写成1/4+1/2,2/5则写成1/4+1/10+1/20。像是计算3/4+5/7这种通个分就能解决的问题,古埃及人光是写式子就得写到吐血,这在进行分数运算时会产生非常庞大的工作量,严重影响了的埃及数学的发展。
类似“n分之一”的分数是最简单的分数,它们又叫做“单位分数”,数学家就将单位分数称为“埃及分数”。
●埃及分数有什么价值?
在日常生活中有着非常高的应用价值:假使你和你的小伙伴八个人分五个饼,你当然知道一个人会得到5/8个饼,但问题是,你难道真的要把这五个饼均分成40个小块,再一人拿走五块吗?
但是埃及分数就能解决这个问题:5/8=1/2+1/8,那么我们就可以先把四个饼一分为二,一人拿到半张饼,再把最后一张饼分成八份,一人拿走一份就行了。
现代的数学家们也开始钻研如何将任意有理数m/n写成单位分数的和,还创造出一种算法——“贪心算法”。
●贪心的算法
我们先来考虑m/n小于1的情况。贪心算法的思路也比较简单,先找最大的但不超过m/n的单位分数,把它写下来,然后看看剩下了多少,如果是单位分数的话就完事了;如果不是的话,就重复之前的操作。
举个例子,如果我们要将5/22写成单位分数的和,那应该怎么写呢?
第一步 先看看最大的不超过5/22的单位分数是多少。假设分母是k,那么我们就有以下的不等式:1/k<5/22。
所以我们有k>22/5=4.4,而符合这个条件的最小的k,就是k=5。所以,我们写出的第一项就是1/5,也就是5/22=1/5+3/110。
第二步 3/110还不是单位分数,所以我们要对3/110进行相同的操作。假设最大的不超过3/110的单位分数是1/k,那么它满足1/k<3/110。
所以有k>110/3=36.666……符合这个条件最小的k是37,所以接下来的一项就是1/37,这回凑巧的是,剩下的恰好是个单位分数1/4070,所以我们就成功将5/22写成了单位分数的和:5/22=1/5+1/37+1/4070。
当然,贪心算法局限性也很明显,如果我们要将有理数写成单位分数的和,我们自然希望这个和越简单越好,但贪心算法算出来往往非常复杂。埃及分数虽然没有成为今天通用的算法,但也给后世文明无穷的智慧启迪。
(方 弦)