Arytmetyka

dziedzina matematyki

Arytmetyka (łac. arithmetica, gr. ἀριθμητική arithmētikē, z ἀριθμός – liczba) – dział matematyki zajmujący się liczbami; jeden z podstawowych i najstarszych. Obejmuje co najmniej dwa obszary wiedzy:

Rycina z dzieła Margarita philosophica, 1503; autor: Gregor Reisch
Arytmetyka dla szkół narodowych, publikacja Towarzystwa do Ksiąg Elementarnych z (1785)
Przykład tablic arytmetycznych z XIX w.

Ta pierwsza dziedzina jest trzonem matematyki elementarnej; jest rozwijana od prehistorii, przez różne kultury paleolityczne. Przez wieki opracowano ją dla różnych systemów zapisu; standardem stały się te pozycyjne, m.in. dzięki prostocie obliczeń na nich. Rozwój arytmetyki elementarnej osiągnął finał w XVII wieku, kiedy to opisano i rozpowszechniono:

Mimo to także później rozwijano nowe teorie[2] oraz sposoby zapisu, np. kod uzupełnień do dwóch. Poza tym w XVII wieku rozkwitła technologia obliczeń – obok znanych od starożytności liczydeł pojawiły się suwaki logarytmiczne oraz mechaniczne maszyny liczące jak Pascalina czy Ława licząca G.W. Leibniza. Do zadań arytmetycznych stworzono dalsze urządzenia, np. arytmometry i komputery, a ich automatyzacja i programowanie doprowadziły do początków informatyki w XIX wieku.

Dzieje edytuj

 
Arytmetyka jako jedna z siedmiu sztuk wyzwolonych przedstawiona na XV-wiecznej miniaturze.

Wiedza o prehistorii arytmetyki jest ograniczona do kilku niewielkich artefaktów udowadniających posługiwanie się pojęciami dodawania i odejmowania przez ludy neolityczne. Najbardziej znanym jest kość z Ishango, który według Petera Rudmana powstał pomiędzy 9000 a 6500 lat p.n.e.[3][4][a]

Prawdopodobnie Babilończycy posiadali szeroką wiedzę w niemal wszystkich aspektach elementarnej arytmetyki już dwa tysiące lat przed naszą erą (patrz Plimpton 322). W papirusach ze starożytnego Egiptu pochodzących z XVII wieku p.n.e. można znaleźć dokładne algorytmy mnożenia i używania ułamków.

Pitagorejczycy w szóstym wieku p.n.e. uznawali arytmetykę za jedną z czterech najważniejszych nauk. Znalazło to odbicie również w programie średniowiecznych uniwersytetów jako element Quadrivium, które razem z Trivium utworzyło siedem sztuk wyzwolonych.

Pierwszym podręcznikiem oraz książką poświęconą arytmetyce napisaną w języku polskim jest Algoritmus, t. j. nauka liczby. Jej autorem był Tomasz Kłos, a została wydrukowana w Krakowie w 1538[5]. Osiemnastowiecznym podręcznikiem szkolnym poświęconym arytmetyce była Arytmetyka dla szkół narodowych, publikacja Towarzystwa do Ksiąg Elementarnych z (1785)[6].

Współczesne algorytmy arytmetyczne (zarówno do obliczeń pisemnych, jak i elektronicznych) opierają się na cyfrach arabskich i pozycyjnym systemie liczbowym. Choć dziś stosowany jest w większości języków i kultur (mimo że istnieją naturalne systemy liczbowe), jego prostota jest kulminacją tysięcy lat rozwoju matematyki. Przykładowo Archimedes poświęcił całą pracę O liczeniu piasku wymyśleniu notacji dla zapisu wielkich liczb. Rozwój algebry w średniowiecznym świecie islamskim i w renesansowej Europie został umożliwiony przez znaczne uproszczenie obliczeń w systemie dziesiętnym.

Miejsce w społeczeństwie edytuj

Nauczanie arytmetyki przeważnie zaczyna się w szkołach podstawowych lub jeszcze wcześniej, np. w przedszkolach. Z kolei programy szkół średnich przeważnie wyczerpują najszerzej rozumianą arytmetykę liczb rzeczywistych, obejmującą logarytmy[potrzebny przypis]. W starożytności i średniowieczu arytmetyka była częścią wykształcenia ogólnego jako jedna z siedmiu sztuk wyzwolonych, konkretniej jako pierwszy element quadrivium – podstawa dla geometrii, muzyki i astronomii.

Niektórzy pogłębiają sztukę obliczeń pamięciowych, uprawiając ją jako formę sportu[potrzebny przypis]. Wykonywaniu działań był poświęcony osobny zawód obliczeniowca, który rozkwitł w pierwszej połowie XX wieku i zanikł wraz z rozwojem komputerów.

Arytmetyka dziesiętna edytuj

System dziesiętny pozwala zapisywać liczby za pomocą dziesięciu cyfr: 0,1,2, …, 9. Liczba w takim zapisie jest sekwencją cyfr, w której znaczenie każdej cyfry zależy od jej położenia w stosunku do przecinka: przykładowo 507,36 oznacza 5 setek (10²), plus 0 dziesiątek (101), plus 7 jednostek (100), plus 3 dziesiąte (10−1) plus 6 setnych (10−2). Kluczową częścią tego zapisu (i jednym z głównych odkryć umożliwiających jego wprowadzenie) jest zastosowanie symbolu 0 mogącego pełnić tę samą rolę co inne cyfry.

Warto zauważyć, że ani system dziesiętny, ani żaden inny, nie pozwalają dla dowolnej liczby rzeczywistej na dokładne jej zapisanie – w przypadku liczb niewymiernych zapis po przecinku nie jest okresowy, dokładne jej wyrażenie wymagałoby więc nieskończonej liczby cyfr.

Zobacz też edytuj

Uwagi edytuj

  1. Natomiast datowanie miejsca gdzie obiekt został znaleziony wskazuje, że przedmiot ma 20 000 lat; według: Alexander Marshack The Roots of Civilization, Colonial Hill, Mount Kisco, NY (1991), (ang.).

Przypisy edytuj

  1. arytmetyka, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2021-10-01].
  2. Marek Kordos, Wykłady z historii matematyki, Wyd. 3, Warszawa: Script, 2010, s. 242-244, ISBN 978-83-89716-18-7 [dostęp 2024-01-22].
  3. Peter Rudman How Mathematics Happened: The First 50,000 Years; Gerdes, Paulus (1991): On The History of Mathematics in Africa South of the Sahara; African Mathematical Union, Commission on the History of Mathematics in Africa. (ang.).
  4. A.S. Brooks, C.C. Smith Ishango revisited: new age determinations and cultural interpretations, [w:] The African Archaeological Review, 5 (1987), s. 65-78, (ang.).
  5. Kierski 1925 ↓, t.II.
  6. Antoni Karbowiak 1893 ↓.

Bibliografia edytuj

Linki zewnętrzne edytuj