九章格数学 PhiloMath · 中国古代数学故事绘本

参伍错综 · 数从哪里来

第 01 册 · 中国古代数学故事绘本 · 明线:结绳记数、算筹位置值与洛书九宫 暗线:象数,观物取象
明线 · 结绳、算筹与洛书暗线 · 象数 · 观物取象传说—先秦全龄通识 · 三层可读
题解这一册怎么读p.2

天地间本来没有「数」。

猎人要知道带回几只兔,母亲要知道存了几罐粟,族长要知道来了多少人——数,就是从这些「要知道」里长出来的。

这一册讲三样老东西:一条打结的绳、一把摆数的竹筹、一张九个格子的图。三样东西排成一条线,线的一头是物,另一头是理。

三层

故事层——跟着画面往下读,先读故事。

数学层——暖金色的框里,是这一页真正的数学。

注疏层——页面下方的小字,抄着古书里的原话,给一起读的大人。

五幕一览
第一幕 绳子上的结 · 第二幕 数有了位置 · 第三幕 洛书出土
第四幕 幻方的秘密 · 第五幕 错综之后
引子七只兔子p.3

日头落到山背后的时候,阿禾背着猎物回到部落。

阿公不问「几只」,只从梁上取下一根绳,递过来:「打结去。」

阿禾蹲在火塘边,一只一只数,一个一个打。打到第七个,绳上刚好七个结,地上刚好七只兔。阿公点点头:「记住了。」

引子一屋子的绳p.4

部落的屋梁上挂满了绳。一根绳一年,一年一根绳,绳上的结挨挨挤挤,像落了一树的雀。

阿禾问:第三年那根绳,中间那个特别大的结,是记什么的?

阿公想了很久,摇头。结还在,事情忘了。绳记下了「多少」,却没有记下「什么」。

引子木片上的刻痕p.5

有一年,东边来了个旅人。他腰间挂着一枚木片,木片上刻着一道道横痕。

「这是契。」他说,「刻一道记一,刻两道记二;刻完从中间劈开,两家各执一半,合起来对得上,账就赖不掉。」

阿公摸着那枚木片,摸了很久。绳上的结会散,会烂,会记不清;木上的痕硬,且能对半分开,一人一半。

故事 · 第一幕打结的人p.6

阿禾第一次独自出猎,回来时天已擦黑。他把七只兔摊在地上,等阿公来数。

阿公却不数。他把一根麻绳递给阿禾,说:「兔在地上,结在绳上。打一个结,就摸一下兔子;摸完最后一只,结也就打完了。」

阿禾打完,把绳举起来对着火光看。七个结大大小小,歪歪扭扭,可他说得出:这就是今天。

数学 · 第一幕一物一结p.7

阿公教阿禾一个笨办法:不去想「七」这个字,只管配。

一只兔配一个结,配完了,两边都不剩,就说明一样多。要是兔还剩,就再打一个结;要是结还剩,就说明今天打得多了。

「不用会数,只要会配。」阿公说,「配得齐,就是数对了。」

数学

把绳结看成一堆符号,把猎物看成另一堆东西:

结 一 一 对 应 兔 ⟹ 两 堆 一 样 多

一一对应(配成对)是「个数相等」最本原的意思。它比数词更早,也比数词更牢:即便没有「七」这个字,七个结与七只兔的关系照样成立。

数学 · 第一幕结也会说话p.8

绳一多,就要分家:记猎物的用麻绳,记粟米的用草绳,记来人的用皮绳。

结也分了大小:小的一记一,大的记十。七个大结,是七十;七个小结,才是七。

阿禾学会看绳,也就学会了一件事:结不只是「多少」,它还带着「什么」和「哪一档」。

数学

结一有了分别,就成了符号:

小结 = 一 · 大结 = 十

同一个「十」,从此可以只用一个结表示——这是「进位」的第一个念头。符号的值,开始不只由它自身决定,还由它的形状、颜色、位置决定。

数学 · 第一幕结的尽头p.9

麻烦来了:两笔账要合在一起。阿禾把两根绳接成一根,然后从头再摸一遍——一个结,两个结,三个结……

数目一大,绳就摸不完。而且结挨着结,哪个是七、哪个是八,全凭手指去认,稍一分神就错。

阿公叹口气:「结记得住多少,算不动多少。」

数学

结绳之困,困在「每结一单位」:

十 个 结 = 十 个 符 号 · 一 次 加 法 = 重 新 数 一 遍

要算得快,符号就得省;要符号省,就得让「位置」替人记事。这一念,要等到算筹才真正落地。

暗线 · 象数观物取象p.10
古者包牺氏之王天下也,仰则观象于天,俯则观法于地……于是始作八卦,以通神明之德,以类万物之情。——《周易·系辞下》

阿公说,结不是兔。

结是兔的影子。天上星有象,地上纹有象,人心要记住什么,就先给它造一个象——不是照抄它的样子,是取它有用的那一点。

七只兔,可取的是「七」。取了「七」,兔子跑不跑,都与绳上的结无关了。

明暗交汇 · 第一幕第一个替身p.11

夜里,阿禾躺在草席上,手指还在摸那根绳。结一个一个过去,白天的事也一件一件回来。

他忽然明白:手里这根绳,是一天的替身。一个结替一只兔,一根绳替一天,一屋子的绳,替了整个部落的许多年。

人第一次把世界搬进了手里。

并置

结是象,数是象里的一根骨。象可以摸,可以挂,可以传给别人;数藏在象里,要用心才看得见。

小结 · 第一幕幕末 · 两句p.12
术
结绳记数:一物一结,靠一一对应知多少;分绳分结,靠形与色辨类别;大结记十,初萌进位之念。然每结一单位,记得住而算不动。
道
观物取象:不照抄物的外形,只取它可用的那一点。象是人给世界造的替身,替身一立,人便握住了本来握不住的东西。
故事 · 第二幕一把竹筹p.13

那年秋收分粟,阿公不用绳了。他从一只旧竹筒里倒出一把竹筹,一根根摆在席上。

阿禾看见:一根筹摆到最右边,是一;挪到左边一格,就成了十;再挪一格,成了百。同一根筹,一步十倍。

「这是谁教的?」阿禾问。阿公说:「不知道。人人都这么摆,摆了好几百年了。」

数学 · 第二幕一至九,怎么摆p.14

筹有两种摆法:竖着摆叫纵式,横着摆叫横式。

一至五,一根一根排;六至九,先用一根当五,再添零头。纵式便上横下竖,横式便上竖下横。

最妙的是:个位用纵,十位用横,百位又用纵——一纵一横地隔着,眼睛就不会把相邻两档看混。

数学

算筹记数,一句话可说尽:

一 纵 十 横,百 立 千 僵;千 十 相 望,万 百 相 当

一至五:以根数计,一根当一;六至九:一根当五,余者添足。相邻两位纵横相间,位位分明。

例:三百七十五——百位三根纵筹,十位「一竖二横」作七,个位五根纵筹。

数学 · 第二幕一根筹,抵十根绳p.15

分粟分到一半,阿公要算总数。他没去解绳,只把筹一挪:这一档添三根,那一档减一根,进一位,再挪。

阿禾看得心惊:三百七十五,绳上要打三百七十五个结;筹上,只需十来根。

「结是死记,筹是活算。」阿公说,「筹挪一步,账就变一分。」

数学

位值制的要害,是一个符号的值=符号本身×它所在的位置:

375 = 3 × 100 + 7 × 10 + 5 × 1

符号只需九个(一至九),位数再多也不怕。加法则逐档相加、满十进一;减法借一当十。运算从「重数一遍」变成了「挪一挪」。

数学 · 第二幕空着的那一格p.16

又一日,账上是三百零五。阿禾摆到中间一档,愣住了:这一位是空的,摆什么?

阿公说:「空着。」

「空着怎么看得见?」阿公便把席上的空档用指尖圈了一圈:「空也要留出地方来。这一位没有人,可这一位在。」

数学

空位不是「没有」,是「这一位上是零」:

305 = 3 × 100 + 0 × 10 + 5 × 1

古法先留空,后来在空处放一枚小石、画一个方框「□」,再后来写成「〇」。有了零这个记号,位值制才真正完备:任何数都能写得清清楚楚,加减乘除不再含糊。

暗线 · 象数参伍以变p.17
参伍以变,错综其数。通其变,遂成天下之文;极其数,遂定天下之象。——《周易·系辞上》

阿公说:一根筹不算什么,摆在一起才有话说。

三根、五根,横着错、竖着交;位置一换,值就变;变到极处,一幅图样自己浮出来。

「参伍」是交错着摆,「错综」是打散了再合起来。数不是一个个孤零零站着的,它们彼此牵着。

明暗交汇 · 第二幕位置即力量p.18

阿禾把一根筹从右端挪到左端,眼看它一位一位长了十倍。他忽然想起河滩上的事:同一块石头,放在河心是桥墩,放在岸上是界石。

石头还是那块石头。位置不是外加的装饰,位置本来就是它的一部分。

数也一样:一根筹,站在哪一档,就担哪一档的分量。

并置

位值:同一个符号,因位置不同而值不同。数第一次有了「结构」——不是一堆散着的单位,而是一列有次序的位。

小结 · 第二幕幕末 · 两句p.19
术
算筹:一纵十横、百立千僵,纵横相间以别位;一至五以根数计,六至九以「一当五」加零头;空位补零,遂成十进位值之制。
道
参伍以变,错综其数:数之力量不在符号本身,而在符号的排布。位置一换,其值随变;排布一乱,其意即失。
故事 · 第三幕龟背上的纹p.20

那一年大水。部落里的人都说,水是从西边来的,一路漫过田垄,漫过旧路,最后漫到了洛水边。

火塘边,阿公讲很古很古的事:禹治水的时候,洛水里浮出一只龟,背上有纹。禹看了那纹,定下九州的次序。

「纹是什么样?」阿公不答,只用手在灰烬上画:九个点,三三成行。

数学 · 第三幕九个数的方阵p.21

阿禾在河滩上照画。沙地软,指头一划就是一道线。三行三列,九个格子。

一至九,每个数用一次,不多不少。他先摆中间,再摆四角,摆来摆去,总觉得不对劲。

后来他照着阿公的手势摆定了。抬头一看,那九个点不像龟背,倒像一张网。

数学 洛 书 九 宫
492357816

一至九各用一次,排成三行三列,使每一行、每一列、每一条对角线上的三个数之和都相等。这样的方阵,后世称为「幻方」,古人称为「纵横图」。

数学 · 第三幕八条线,一个和p.22

阿禾一条一条验。横着三条,竖着三条,两条斜的——他手指点着沙地,数一遍,再数一遍。

都是十五。

他把这个发现跑去告诉阿公。阿公蹲下来,用手指在沙上又划了三遍,然后笑了:「八条路,走到一处。」

数学

三行:

4+9+2 = 3+5+7 = 8+1+6 = 15

三列:

4+3+8 = 9+5+1 = 2+7+6 = 15

两斜:

4+5+6 = 2+5+8 = 15

而九数总和 1+2+…+9 = 45,恰为 3 × 15——三条横线之和,正好把九个数各算了一次。

数学 · 第三幕奇偶与对称p.23

阿禾又看出些名堂。四只角上站的是双数:四、二、八、六;四条边的当中站的是单数:九、三、七、一;正中是五。

隔着中心遥遥相对的两个数,加起来都是十:一与九,二与八,三与七,四与六。

「它不偏。」阿公说,「怎么转,怎么翻,还是它。」

数学

四组对位,其和皆十;加中心之五,遂成十五:

1+9 = 2+8 = 3+7 = 4+6 = 10 · 10+5 = 15

四隅皆偶,四正皆奇,中心为五。整幅方阵绕中心旋转九十度、一百八十度、二百七十度,或作镜像翻转,其「八线皆十五」的性质不变——八种摆法,本质是一。

暗线 · 象数河图洛书p.24
河出图,洛出书,圣人则之。——《周易·系辞上》

阿公说:图与书,都是象。

圣人不是先有数,再画成象;是先看见象,才从象里读出数来。天上垂下什么,地上浮出什么,人看了,记下来,就成了图。

「天垂象,见吉凶,圣人象之。」象在先,数在后;数既立,又可以回过头去说象。

明暗交汇 · 第三幕象里的数p.25

画到天黑,阿禾退后几步看。沙地上的纹已经不像龟背了。

它像一张网:每一个格子都牵着别的格子,横的、竖的、斜的,牵到一处,数目就一样。

他伸手把一角的沙抹平,重画了一遍。网还是那张网。

并置

象是可见的壳,数是壳里的秩序。龟背可以忘掉,网不能——因为网才是九个数的真相。

小结 · 第三幕幕末 · 两句p.26
术
洛书九宫:一至九各用一次,三行三列两斜共八条线,线线皆十五;四隅皆偶、四正皆奇、中心为五;对位之和皆十,旋转镜像共得八式而本质唯一。
道
河出图,洛出书,圣人则之:象在先,数在后。人先看见一幅图,再从图里读出一套秩序——数不是凭空造的,是从象里认出来的。
故事 · 第四幕九个孩子排方阵p.27

阿禾把洛书教给了伙伴。九个孩子一人一枚石子,在沙上排方阵,看谁排得又快又对。

有人摆成了,有人摆到一半就乱。有个孩子索性一枚一枚地试,试到日头偏西,仍差一条斜线。

「是碰运气吗?」他问。阿禾摇头:「不是。中间那个格,早就定下了。」

数学 · 第四幕中心为什么是五p.28

阿禾捡起一根树枝,在沙上算给伙伴看。

过中心的路有四条:中间一横、中间一竖、两条斜线。四条路都等于十五,合起来是六十。

这四条路走遍九个格:每个格算到一次,唯独中间那一格,被四条路都踩了一遍,多算了三次。

数学

设中心为 c。四线和为 4 × 15 = 60,九数之和为 45:

60 = 45 + 3c ⟹ c = 5

一条推理,胜过一百次试排。由「中心必五」,再可推出:四隅必偶、四正必奇——因为每一过中心的线要凑成十五,两端之和必为十,十只能由同奇或同偶凑成。

数学 · 第四幕排法:九子斜排p.29

阿公教了阿禾一首短诀,四句十六字,念起来像顺口溜。

先斜着排,再上下换、左右换,最后把四个尖角推出去——一推,方阵就成了。

阿禾照着念,一遍做成。伙伴们也跟着念,念到第三遍,人人都会了。

数学

口诀:九子斜排,上下对易,左右相更,四维挺出。

一、九子斜排——把一至九斜着排成菱形,一在上,九在下,中间一行是「三、五、七」。

二、上下对易——一与九互换;左右相更——三与七互换。

三、四维挺出——把二、四、六、八推到四个角上,方阵遂成。

4 9 2
3 5 7
8 1 6

数学 · 第四幕更大的方阵p.30

阿禾想:九个格能排,十六个格呢?四四一十六,把一至十六摆进去,每行每列每条斜线,和也一样吗?

阿公说不上来。阿禾就自己在沙上排,排了三天,排成了。

那年冬天,他把四阶的方阵刻在一块木板上,埋进土里,算是留给后来人。

数学

幻方的「和」是可算的。一至 n2 之和为 n2(n2+1)/2,分作 n 行,每行和为:

n(n2+1)/2

三阶:3×10/2 = 15;四阶:4×17/2 = 34;五阶:5×26/2 = 65;十阶:505。

阶数越大,排法越多:三阶本质唯一(八式),四阶已有八百八十种,五阶则多达两亿七千余万种。

暗线 · 象数错综其数p.31
参伍以变,错综其数。通其变,遂成天下之文;极其数,遂定天下之象。——《周易·系辞上》

阿禾把九个数换着位置摆。摆来摆去,八条线还是十五。

他忽然懂了:变的不是数,是数之间的关系。数没动,关系一动,一张新网就出来了。

「错」是把数打散,「综」是把数合起。打散了合起来,秩序自己浮出来——这不是人硬安排的,是数本来就有的。

明暗交汇 · 第四幕条条大路通一处p.32

阿禾看着九宫,忽然想起绳上的结。

一个结,只是一个结;九个结排好了,就成了一个「和」——横看是它,竖看是它,斜看还是它。

散着看是九,合着看是一。

并置

整体的性质,不等于部分的性质相加。九个各自不同的数,凑在一处,生出了一件谁身上都没有的东西——「八线皆十五」。

小结 · 第四幕幕末 · 两句p.33
术
幻方之理:四线过心,重数得 60 = 45 + 3c,故中心必五;九子斜排、上下对易、左右相更、四维挺出,法成洛书。推广至 n 阶,每线和为 n(n2+1)/2。
道
错综其数:数不动而位可易,位易而关系变,关系变而新秩序生。九数之妙,全在彼此相牵之处——不在数,在网。
故事 · 第五幕兽皮上的三样东西p.34

许多年过去,阿禾成了部落里记事的人。他的头发也和当年的阿公一样白了。

他把三样东西画在一张兽皮上:一条打结的绳,一把直立的筹,一个九格的方阵。

孩子指着皮问:「这三样,哪个最要紧?」

阿禾想了很久,说:「三样是一样。」

数学 · 第五幕三级台阶p.35

阿禾一阶一阶说给孩子听。

第一阶,配对:一个结对一只兔,于是知道了「多少」。第二阶,位置:一根筹站在哪一档,就担哪一档的分量,于是学会了「算」。

第三阶,结构:九个格排好了,横竖斜都通向同一处,于是看见了「秩序」。

数学

三级台阶,三级抽象:

一 · 基 数(多 少) ⟶ 二 · 位 值(算) ⟶ 三 · 结 构(秩 序)

第一级问「有几个」,第二级问「怎么算」,第三级问「为什么恰好如此」。前两级是工具,第三级才触到数学的骨。

数学 · 第五幕数从物里脱身p.36

「七只兔,」阿禾说,「兔会跑,会死,会被吃掉。这个『七』,跑不掉。」

七只兔的七,和七天的七、七罐粟的七、七个结的七,是同一个七。

「兔不能加粟,七可以加五。」孩子听到这里,眼睛亮了。

数学

抽象的第一步,是把「数」从「物」上剥下来:

七 只 兔 ⟶ 七 ⟶ 七 + 五 = 十 二

剥下来之后,数就成了可以脱离具体对象而独立运思的东西。数学之所以能到处用,正因为它先把自己从「到处」抽了出来。

数学 · 第五幕同一个数,不同的象p.37

阿禾把「七」一样一样摆出来:七个结、七根筹、一个七字、七道刻痕。

「都是七。」孩子说。

「对。七只有一个,样子有千万个。」阿禾说,「将来的人,还会给七想出别的样子。样子换了,七还是七。」

数学

同一个数,可以用许多「象」来承载:

七 个 结 / 七 根 筹 / 七 / 7 / VII / 111(二 进 制)

符号是舟,数是客。舟可以换,客只有一位。懂得分辨「数」与「记数的符号」,才算真的会了数。

暗线 · 象数象数相生p.38
极其数,遂定天下之象。——《周易·系辞上》

阿禾晚年常说一句话:先有象,后有数;数定了,又能造出新象。

龟背是象,九宫是数;九宫一成,又成了后人看世界的一幅图——明堂九室、八方八风、历法节气,都从这幅图上取形。

象生数,数生象。走了一个来回,人才算真的懂了。

明暗交汇 · 第五幕一条线的两端p.39

阿禾把兽皮卷起来,递给孩子。

「这头是绳,那头是图。中间隔着好几百年,也隔着好多人。」

孩子摸着绳子上的结,忽然说:「摸着结的时候,好像已经摸到图了。」

并置

一端是物(兔、粟、人),一端是理(八线皆十五)。中间是象(结、筹、图)。人靠象,从物走到了理。

小结 · 第五幕幕末 · 两句p.40
术
三级台阶:配对知其多少,位置使其可算,结构见其秩序。数一旦从物上剥离,便能脱离对象而独立运思;同一个数可由许多符号承载,符号可换而数不变。
道
象数相生:象生数,数生象。人先看见一幅图,从图里读出秩序;秩序既立,又回过头去造新的图。一去一回,才算真懂。
收束回望:一条线的三截p.41

回望这一册,是一条线慢慢伸直的过程。

先是弯曲的绳——结绕成圈,摸着才知多少;再是笔直的筹——一根一根立在席上,一挪就换值;最后是方正的格——九个数各就各位,八方同归一处。

曲、直、方。形状换了三次,做的事只有一件:把世界收进手里。

收束一横一竖,走了三千年p.42

阿禾不曾想到的事,后来都发生了。

位值这个念头,不只长在中国。印度人想出了九个数字和一个零,阿拉伯人把它带到西方,欧洲人叫它「阿拉伯数字」——如今全世界都在用。

它也曾回到中国。元代的安西王府里,有一块铁板,板上刻着六阶幻方,用的竟是阿拉伯数码。洛书的老家,来了远客。

收束 · 留问秩序是谁安排的p.43
道生一,一生二,二生三,三生万物。——《老子》第四十二章

孩子最后问了一个问题:九个格排得这样巧,是谁安排的?

阿禾说:不知道。也许没有人安排,数本来就是这样;也许有人安排,只是人看不见他。

「这个问题,问了三千年,还没有答完。」阿禾说,「答不完,也不要紧。要紧的是——一直在问。」

动手做 一编一条记事绳p.44

结绳是最古老的记账法,也最容易亲手复原。

材料:三色毛线或棉线各一段(约一尺)、剪刀。

做法

一 定三色之约:麻色记猎物,青色记粮食,赭色记人数。

二 定大小之约:小结记一,大结记十。

三 记一天的账:猎得七只、存粟三罐、来客五人。该打几个结?各在什么颜色的绳上?

四 把绳交给家人,请他照绳说出这一天的事。

五 再问:他能说出「哪一天」吗?能说出「谁的」吗?——缺的那两样,正是后来「书契」要补的。

动手做 二排一个九宫p.45

洛书是可以动手排出来的,不必背。

材料:九张卡片,各写一至九;或九枚石子,各贴一纸签。

做法

一 先不排,先问:中间那一格,该放几?(提示:四条过中心的路,和为六十;九数之和四十五;多出来的,是中心多算的三次。)

二 配四对:一与九、二与八、三与七、四与六,各和十。每一过中心的线,两端必是一对。

三 按「九子斜排,上下对易,左右相更,四维挺出」排出方阵。

四 验八条线:三行、三列、两斜,条条十五。

五 把纸转九十度、再翻个面,看它还是不是洛书。

小典 一术语 · 记号p.46
术语

结绳——以绳打结记事之法:一结一物,以结之多寡记多少,以绳之色别类别。《周易·系辞下》「上古结绳而治」。

书契——刻写于木片、竹简的记事凭证,晚于结绳。《易》谓「后世圣人易之以书契」。

契——刻齿之木券,中剖为二,两半相合为验;记数之外兼记信用。《周礼》有「傅别」「质剂」。

算筹——竹、木、骨制的小棍,以布数、移筹行算。先秦至宋元间的主要计算工具。

纵式 · 横式——算筹的两种摆法:纵式竖排,横式横排;相邻两位纵横相间,以免混位。

位值——同一个符号因其所在位置不同而表示不同的值,如「三」在百位为三百,在个位为三。

空位——某一位上无数时所留的空档;后以「□」「〇」标记,是为零号之始。

洛书——一至九排成三行三列、八线皆十五的图式,相传出于洛水。《易》「洛出书,圣人则之」。

九宫——三行三列的九个方格;洛书即九宫之数,古以配八方、明堂九室、历法节气。

幻方(纵横图)——将连续自然数排成方阵,使各行、各列、各对角线之和皆相等。三阶即洛书。

参伍错综——语出《周易·系辞上》「参伍以变,错综其数」;谓三五之数交错相参、聚散相综,其变无穷。

象数——中国固有的学问路向:以象尽意、以数尽象;象可见,数为象中之秩序。

观物取象——观照万物而取其为象,不照抄外形,只取可用之一点。《易》「仰则观象于天,俯则观法于地」。

小典 二术理 · 人名 · 典籍p.47
术理

本册的要害,在分清「象」与「数」的先后与循环。结绳以象代物:一结即一兔,象与物一一相配,故能记「多少」而不能算。算筹以位列数:一符号之值随其位而变,故能「算」,而符号由繁趋简。洛书以数成象:九数排定,八线同归,秩序自现,于是「数」又反过来生出了新的「象」。三事相衔,成「象生数、数生象」之一环。其哲学根据,在《易》之「观物取象」与「参伍以变,错综其数」:象是入口,数是骨,错与综是法——数之妙不在一数之身,而在诸数相牵之处。

人名

包牺氏(即伏羲,传说)——相传仰观俯察而作八卦,《易》以为象数之始。

大禹(传说)——治水定九州;洛书出洛、禹因之叙九畴,为后世象数传说之根。

杨辉(南宋,约 1238—约 1298)——字谦光,钱塘人;著《详解九章算法》《续古摘奇算法》,录「纵横图」十三幅,存三阶幻方构造口诀「九子斜排」。

秦九韶(南宋,1208—1268)——字道古,著《数书九章》,书中有「〇」号之用,又创大衍求一术(见第六册)。

典籍

《周易·系辞上》——「参伍以变,错综其数」「河出图,洛出书,圣人则之」;《周易·系辞下》——「上古结绳而治,后世圣人易之以书契」「仰则观象于天,俯则观法于地」;《尚书·顾命》——「河图、洛书,在东序」,为洛书之名最早的记载之一;《尚书·洪范》——「天乃锡禹洪范九畴」;《大戴礼记·明堂》——「二九四、七五三、六一八」,九宫数之早期记载;《周礼》——「傅别」「质剂」,契券之制;《老子》——「善数不用筹策」,先秦已有算筹之证;《孙子算经》——「一纵十横,百立千僵」,算筹记数之定法;《九章算术》——「以空补位」,零位之法;《续古摘奇算法》(杨辉)——纵横图十三幅与三阶构造诀;《庄子·胠箧》——「民结绳而用之」。

延伸 一身边的位值p.48

位值不在古书里,就在门口。

门牌上的「三〇二」,三是三层,〇是二层没有,二是二号。同一个「二」,写在个位是二,写在十位是二十。

车牌、电话、身份证、日期、电梯的楼层、价签上的小数点——凡有数字排成一列的地方,都有位值在悄悄做事。

延伸

试着读一读:2026 这四位数,各是什么意思?

2 个 千 · 0 个 百 · 2 个 十 · 6 个 一

再看「1.05」:小数点右边第一位是十分位,第二位是百分位。位值之理,从个位一路延到小数,仍是同一句话——位置定值。

延伸 二从洛书到幻方p.49

洛书是一粒种子。种子后来长成了一片林子。

南宋杨辉收了十三幅纵横图,从三阶到十阶;元代那块铁板上是六阶;十八世纪,美国的富兰克林还醉心于八阶幻方,做出许多奇巧的排法。

到了今天,幻方的近亲更多了:拉丁方、数独、正交表——都是从「把数排进格子,让每行每列守同一条规矩」这个念头里长出来的。

延伸

幻方的「和」有定法,排法却千变万化:

三 阶  8 式 · 四 阶  880 种 · 五 阶  约 2.75 亿 种

数独则是九宫的另一种玩法:不求和,只求每行、每列、每宫之内一至九各出现一次——九格之阵,换了一条规矩,就成了另一门学问。

家长导读 一这一册在讲什么p.50

这一册有两条线,一明一暗。

明线(暖金):结绳记数与一一对应、契与书契、算筹的纵横两式与十进位值、空位与零、洛书九宫、幻方的重数推理与构造口诀、n 阶幻方、数从物中抽象。

暗线(青绿):「观物取象」「参伍以变,错综其数」「河出图,洛出书」「象生数,数生象」——人如何借「象」把握世界,又如何在象里认出秩序。

共读建议

· 先读故事层。第一幕的结绳,最宜先动手(见动手做一),手上有了体会,再回来看书;

· 数学层的「中心为什么是五」是全册最要紧的一页,值得慢慢推一遍,不必急着看结论;

· 五页暗线页与每幕的交汇页(偏青绿),适合慢读——只问不答,让画面自己说话。

家长导读 二留下的问题p.51

三个可以不急着回答的问题,留给亲子一起慢慢聊。

三问

一 结绳已经够用了,为什么还要发明算筹?
够记,不等于够算。结只能记「多少」,十个结就是十个符号;筹能借位置省符号,一挪即算。工具的每一次改良,都是因为旧工具「算不动」了。

二 洛书的「十五」,是巧合还是必然?
是必然。四线过心、重数相计,中心只能是五;中心定了,四对之和只能是十,其余随之而定。八个摆法看着不同,其实是同一个理。

三 数是被发现的,还是被发明的?
没有定论。有人以为数本来就在那里,人只是看见;有人以为数是人造的符号,好用便算数。这个问题问了三千年,仍值得再问三千年。

写下想法
(此处留给亲子手写。读完这一册,最想留住的一句话是什么?)
版权版权与编目p.52
编目

《中国古代数学故事绘本》第 01 册
参伍错综 · 数从哪里来

明线:结绳记数与一一对应 · 契与书契 · 算筹与十进位值 · 空位与零 · 洛书九宫 · 幻方之理与其推广
暗线:象数 · 观物取象 · 参伍以变,错综其数 · 河图洛书 · 象生数,数生象

时代:传说—先秦(远眺宋元幻方之学与元代数码铁板)
主典:《周易·系辞》;《尚书·顾命》《洪范》;《大戴礼记·明堂》;《周礼》;《老子》;《孙子算经》;《九章算术》;杨辉《续古摘奇算法》

体例:扉页与题解 2 页 · 引子 3 页 · 五幕 35 页(每幕:故事 1 · 数学 3 · 暗线 1 · 交汇 1 · 小结 1)· 收束与留问 3 页 · 动手做 2 页 · 小典 2 页 · 延伸 2 页 · 家长导读 2 页 · 版权 1 页,共 52 页。

全套十册,依历史时序,自先秦至明清。本册为第一册,十册之起首。