Системы счисления и основы двоичных кодировок (стр. 3 из 7)

Так как 0 ≤ а₀ ≤ρ -1 и 0 ≤ b₀ ≤ρ -1, то из (6*) и (7*) следует, что неполное частное s и остаток г в формуле (5) будут:

S= а_nρ^n-1 + а_n-1ρ^n-2 + ... + a₁=b_mρ^m-1 + b_m-1ρ^m-2+ ... + b_1. r = a₀ = b₀

Так как s ≤ k, из индуктивного предположения следует, что число s имеет единственно представление в виде (1), то есть

n-l = m-l, a_i=b_i , (i=0,1, . . ,n-1).

Из последнего равенства имеем а₀=b_о. Таким образом, n=m, a_i=bi(i=0,l, . . ,n-l), но это противоречит допущению, что число k+1. имеет два различных представления (6) и (7). Следовательно, число к+1 представляется в виде (1) единственным образом. На основании принципа математической индукции утверждение справедливо для любого N . Теорема доказана.

1.3 Десятичная система счисления, ее происхождение и применение.

Представьте, что вы пересчитываете большое число одинаковых предметов, например, спичек. Удобнее всего будет разложить эти предметы как кучки по десять в каждой. Получится некоторое количество десятков (и, может быть, останутся несколько предметов, не вошедших в целые десятки). Далее придется пересчитывать кучки (десятки). Если кучек (десятков) будет очень много, можно их тоже сгруппировать в десятки, и так далее.

Таким путем мы приходим к основной идее нашей системы счисления — к мысли о единицах различных разрядов. Десять единиц образуют один десяток, то есть десять единиц первого разряда образуют одну единицу второго разряда, десять единиц второго - единицу третьего и так далее.

Несмотря на свою кажущуюся простоту, такая система счисления прошла очень долгий путь исторического развития. В ее создании принимали участие многие народы.

Возникает вопрос - почему стали раскладывать предметы на десятки, а не на пятки или дюжины? Почему единицы каждого разряда в десять, а не в восемь или три раза больше единиц предыдущего разряда?

Счет десятками получил широкое распространение потому, что люди располагают естественной "счетной машиной", связанной с числом десять -десятью пальцами на руках.

Десятичная нумерация "изобретена" индусами; в Европу ее занесли арабы, вторгшиеся в Испанию в VIII в. нашей эры. Арабская нумерация распространилась по всей Европе, и, будучи проще и удобнее остальных систем счисления, быстро их вытеснила. До сих пор наши цифры принято называть арабскими. Впрочем, за тысячу лет все цифры, кроме 1 и 9, сильно изменились. Вот, для сравнения, наши (называемые арабскими) и настоящие арабские цифры:

Названия первых шести разрядов (единицы, десятки, сотни, тысячи и так далее) очень древние и у разных народов звучат по-разному.

Слово "миллион" сравнительно недавнего происхождения. Придумал его известный венецианский путешественник Марко Поло, которому не хватало обыкновенных чисел, чтобы рассказать о необычайном изобилии людей и богатств далекой Небесной Империи (Китай). По-русски слову "миллион" могло бы соответствовать несуществующее слово "тысячища".

Для построения числовых наименований более высоких порядков используются латинские числительные (биллионы, триллионы). Построенные таким образом названия мало удобны, латынь знают не все. Да и вообще такие числа встречаются только в сборниках математических курьезов, да в некоторых отделах теории чисел. Нет необходимости придумывать им рациональные названия. Здесь на помощь приходит понятие степени. Число, изображаемое единицей с нулями, является степенью десятки: 100= 10², 1000= 10³, 10...00...00= 10ⁿ.

Эти соображения позволяют нам очень коротко и удобно записывать все числа, которые даются нам наукой и жизнью. Например, масса Земного шара - 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн. Мы можем записать: 6 • 10²¹ тонн, и назвать "шесть на десять в двадцать первой степени", это коротко и удобно.

В практической жизни при счете предметов, которых очень много, например, жителей страны, при измерении различных величин, удается определить только первые несколько цифр результата. Любое число, данное практически, удается записать как произведение не более чем восьмизначного (чаще трех - четырехзначного) числа на "единицу с нулями". Например, поверхность Земли - 509 000 000 км². Можно записать так: 509 • 10⁶км².

Классическим примером числового гиганта является награда, которую, если верить старинной легенде, потребовал себе изобретатель шахматной доски: за первую клетку доски — одно зерно риса, за вторую — два, за третью - четыре и так далее, за каждую последующую - в два раза больше, чем за предыдущую. Эта скромная на вид просьба оказалась невыполнимой: все житницы мира не смогут вместить риса, затребованного хитрым изобретателем.

Таким образом, для обозначения и записи чисел мы пользуемся позиционной десятичной нумерацией. Позиционной она называется потому, что значение цифры зависит от ее положения - места в ряду других цифр в записи числа; десятичной - потому, что из двух написанных рядом цифр левая обозначает единицы в десять раз большие, чем правая. Для обозначения и записи чисел в пределах миллиарда эта система очень удобна. При записи очень больших чисел пользуются понятием степени числа.

1.4 Системы счисления с другими основаниями, их происхождение и применение

Кроме десятичной системы счисления возможны позиционные системы счисления с любым другим натуральным основанием. В разные исторические периоды многие народы широко использовали различные системы счисления.

Двенадцатеричная система счисления - ее происхождение тоже связано со счетом на пальцах: так как четыре пальца руки (кроме большого) имеют в совокупности двенадцать фаланг, то по этим фалангам, перебирая их по очереди большим пальцем, и ведут счет от одного до двенадцати. Затем двенадцать принимается за единицу следующего разряда и так далее. В устной речи остатки двенадцатеричной системы сохранились и до наших дней: вместо того, чтобы сказать "двенадцать" часто говорят "дюжина". Многие предметы (ножи, вилки, тарелки) очень часто считают именно дюжинами, а не десятками; сервизы бывают, как правило, на двенадцать или шесть персон. Другой пример: двенадцать месяцев в году, двенадцать цифр на циферблате часов.

Восьмеричная система счисления - позиционная система счисления с основанием 8. Для представления чисел в ней используются арабские цифры. Используется всего восемь цифр - 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.Восьмеричная система часто используется в областях, связанных с цифровыми устройствами. Характеризуется лёгким переводом восьмеричных чисел в двоичные и обратно, путём замены восьмеричных чисел на триады двоичных. Широко использовалась в программировании в 1950-70-ые гг. и вообще в компьютерной документации, однако в настоящее время почти полностью вытеснена шестнадцатеричной.

Шестидесятеричная система счисления существовала и возникла в Древнем Вавилоне. Мнения историков по поводу того, как именно возникла эта система, расходятся. Одна из гипотез, состоит в том, что произошло слияние двух племен, одно из которых пользовалось шестеричной системой счисления, я второе - десятичной. Шестидесятеричная система возникла как компромисс между этими двумя системами. Другая гипотеза состоит в том, что вавилоняне считали продолжительность года равной 360 суткам, что, естественно, связывалось с числом 60. однако это предположение тоже нельзя считать достаточно обоснованным: астрономические познания древних вавилонян были довольно значительны, поэтому следует думать, что погрешность, с которой они определяли продолжительность года, была значительно меньше, чем пять суток.

Пятеричная система счисления была распространена у ряда африканских племен. Связь этой системы со строением человеческой руки - первоначальной "счетной машины" - достаточно очевидна. В Китае принято считать пятками, причем пятки группируются в пары; получается своеобразная система счисления, в которой каждая единица четного порядка в пять, а нечетного - в два раза больше предыдущей. Однако эта система счисления с двойным основанием, отражающая счет с помощью двух рук, довольно сложна. Гораздо чаще используется чистая пятеричная система, то есть позиционная система с основанием пять.

Двадцатеричная система счисления была принята у ацтеков и майя -народов, населявших в течение многих столетий обширные области американского континента и создавших там высокую культуру, почти полностью уничтоженную испанскими завоевателями в XVI - XVII вв. Та же двадцатеричная система была принята и у кельтов, населявших Западную Европу, начиная со II в. до нашей эры.

Из пяти перечисленных выше систем счисления, сыгравших, наряду с десятичной, заметную роль в развитии человеческой культуры, все, кроме шестидесятеричной, источники которой не ясны, связаны с тем или иным способом счета по пальцам рук (или и рук, и ног), то есть имеют несомненное "анатомическое" происхождение.

Все позиционные системы с любым натуральным основанием устроены одинаково. В любой позиционной системе счисления основание записывается в виде десяти, поскольку оно есть единица второго разряда. Все натуральные числа, меньше основания, должны быть однозначными и изображаться разными знаками. Поэтому количество цифр, используемых в данной позиционной системе, совпадает с основанием системы.

1.5 Арифметические операции в различных системах счисления

1.5.1 Сложение и вычитание

В системе с основанием я для обозначения нуля и первых ρ-1 натуральных чисел служат цифры 0, 1, 2, ..., ρ - 1. Для выполнения операции сложения и вычитания составляется таблица сложения однозначных чисел.

+	0	1	2	·	·	·	q-1
0	0	1	2	***	***	***	q-1
1	1	2	3	***	***	***	10
2	2	3	4	***	***	***	11
***	***	***	***	***	***	***	***
q-1	q-1	10	11	***	***	***	1(q-2)

Например, таблица сложения в шестеричной системе счисления: