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攸關貧富與生死的數學

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1991225日,『晚上八點四十分,飛彈擊中了梅絲睡夢中的軍營,讓她與二十七位同袍命喪當場,另有近百人受傷。當時距離雙方結束敵對只剩三天,在第一次波斯灣戰爭當中,單單這次攻擊就占了美軍所有死亡人數的三分之一。……*

 

美國女兵梅絲在前一個月的情人節,才收到了男友的戒指,沒有想到就此天人永隔了。

 

對於飛彈攻擊,以精準聞名的愛國者飛彈,為什麼沒有成功攔截到那顆致命的飛彈呢?

 

原來是兩個雷達之間所產生的時間差所造成的。

 

愛國者飛彈系統所使用的時間單位是十進制的1/10秒,在電腦的二進制是一個0.0001100110011…無限循環的小數,電腦無法儲存所有位數,所以只用小數點後的24位數做為近似值。

 

這表面上看似乎無傷大雅,但是系統一旦運作久了,雷達系統之間的內部時鐘的時間誤差就會累積而變大。

 

當時愛國者飛彈系統已經連續運作四天,兩部雷達內部時間差達到1/3秒,來襲的飛毛腿飛彈速度1600公尺/秒,計算的位置誤差就會達到500多公尺。第一具雷達偵測到了飛彈,交由第二具雷達確認時,在該出現的範圍內卻沒有發現飛彈,系統因此判斷是假警報,攔截的飛彈當然就沒有擊發了。

 

大家現在習為常的10進位制,咸信是源於人們用兩隻手數數的時候,手指頭總共就是10隻。但是,10進位並非自然而然是最優的進位系統。10的因數只有12510進位的數字如果要除以379等數字,就會有除不盡的問題。

 

古代的蘇美人用的是60進位,『原因是他們用右手的拇指做為計算工具,計算右手另外4指共12個指關節,再用左手共5隻手指計算組數,因此5X12=60。』*

 

舉個例子,10進位的3791,在蘇美人的60進位寫成010311 (=1*60^2+3*60+11*60^0)

 

60的因數有很多,123456101215203060等等,所以用60為倍數所表達的數,都可以被123456101215203060除盡而沒有無盡小數,在分配上也就比較不會造成困擾,這是古代蘇美人的智慧。

 

60進位裏,1/12=5/60,在60進位可以寫成優美的0.05,如果是10進位,則是醜陋的0.083333…呢!

 

蘇美人將天空分成360(6*60)。希臘人繼承這個傳統,把每1度繼續以60進位分成60分,每分再細分為60秒。

 

時間的分和秒也是60進位制。

 

巴布亞新幾內亞的歐克薩普敏族,則是27進位制,他們『從一手的拇指開始(1),沿著手掌與手臂的不同位置向上數,數到鼻子的時候是中點(14),再一路數到另一手的小指結果(27)。』很神奇吧!

 

埃及人用象形文字代表10的次方:10^0是一豎,10^1 是一副牛軛,10^2 是一圈繩索,10^3是一朵蓮花,10^4是一隻彎曲的手指,10^5是一隻青蛙,10^6 是赫(無限與永恆的神)10進位的1999在埃及就是1朵蓮花+9圈繩索+9副牛軛+91豎。

 

羅馬人則用IVXLCDM分別代表10進位的1510501005001000。所以2021就寫成了MMXXI了。(但是如果有某個符號前面有個較小數的符號,意思是那個較小數是要被減掉的,譬如10進位的2019,不寫成累贅的MMXVIIII,而是寫成優雅的MMXIX)

 

一天的時制有12小時制也有24小時制。我曾一度堅持用12小時制,因為覺得用a.m. p.m. 可以分成午前半天和午後半天蠻酷的。直到有一次,沒有注意到a.m. p.m. ,把2 p.m.設成了2 a.m. 誤了事,才毅然決然調成24小時制,那麼14:00 就不會再和02:00弄混了。

 

我們接觸數學是從數數開始的,但是我們要明白,小學教的10進位和電腦低階語言所使用的2進位,並不必然是最優的進位制。當我們看到蘇美人的60進位在分配上面的優點,就不得不打從心裏佩服那些古人的智慧了。

 

*:《攸關貧富與生死的數學》,葉茲 著,林俊宏 

 

2021/10/14 攸關貧富與生死的數學 Damakey

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