古埃及分數

古埃及的分數是不同的單位分數的和，就是分子為1，分母為各不相同的正整數。任何正有理數都能表達成這一個形式。

構造

古埃及分數的表達形式不是唯一的，還未找到一個算法總是給出最短的形式。

貪婪演算法

主条目：貪婪演算法

贪婪算法：将一项分数分解成若干项单分子分数后的项数最少，称为第一种好算法；最大的分母数值最小，称为第二种好算法。 例如：

${\displaystyle {\frac {2}{7}}={\frac {1}{4}}+{\frac {1}{28}}}$ 。共2项，是第一种好算法，比${\displaystyle {\frac {2}{7}}={\frac {1}{5}}+{\frac {1}{20}}+{\frac {1}{28}}}$ 的项数要少。

又例如， ${\displaystyle {\frac {5}{121}}={\frac {1}{33}}+{\frac {1}{121}}+{\frac {1}{363}}}$ 比 ${\displaystyle {\frac {5}{121}}={\frac {1}{25}}+{\frac {1}{759}}+{\frac {1}{208725}}}$  的最大分母要小，所以是第二种好算法。

1. 找出僅小於${\displaystyle r={\frac {a}{b}}}$ 的最大單位分數。這個分數的分母的計算方法是：即用${\displaystyle b}$ 除以${\displaystyle a}$ ，捨去餘數，再加1。（如果沒有餘數，則${\displaystyle r}$ 已是單位分數。）
2. 把${\displaystyle r}$ 減去單位分數，以這個新的、更小的${\displaystyle r}$ 重複步驟1。

例子：把${\displaystyle {\frac {19}{20}}}$ 轉成單位分數。

• ${\displaystyle \lfloor 20\div 19\rfloor =1}$ ，所以第1個單位分數是${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$ ；
• ${\displaystyle {\frac {19}{20}}-{\frac {1}{2}}={\frac {9}{20}}}$ ；
• ${\displaystyle \lfloor 20\div 9\rfloor =2}$ ，所以第2個單位分數是${\displaystyle {\frac {1}{3}}}$ ；
• ${\displaystyle {\frac {9}{20}}-{\frac {1}{3}}={\frac {7}{60}}}$ ；
• ${\displaystyle \lfloor 60\div 7\rfloor =8}$ ，所以第3個單位分數是${\displaystyle {\frac {1}{9}}}$ ；
• ${\displaystyle {\frac {7}{60}}-{\frac {1}{9}}={\frac {1}{180}}}$ 已是單位分數。

所以結果是：

${\displaystyle {\frac {19}{20}}={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{9}}+{\frac {1}{180}}}$ 。

詹姆斯·約瑟夫·西爾維斯特和斐波那契都提出過以上的方法。

Golomb算法

這個算法是基於貝祖等式的：當${\displaystyle a}$ ,${\displaystyle b}$ 互質，${\displaystyle ax-by=1}$ 有無窮多對正整數解${\displaystyle (x,y)}$ 。

選取最小的正整數解${\displaystyle (m,n)}$ 。取單位分數分母為${\displaystyle bm}$ ，重複步驟。

以${\displaystyle {\frac {7}{10}}}$ 為例：

• ${\displaystyle 7\times 3-10\times 2=1}$  ，所以第1個單位分數是${\displaystyle {\frac {1}{30}}}$ ；
• ${\displaystyle 2\times 2-3\times 1=1}$ ，所以第2個單位分數是${\displaystyle {\frac {1}{6}}}$ ；
• 第3個單位分數是${\displaystyle {\frac {1}{2}}}$ 。

二進制

最基本的方法就是將分數寫成二進制數，便能將該分數寫成分母為二的冪的單位分數之和。

換個說法就是重複求最小的正整數${\displaystyle n}$ 使得${\displaystyle {\frac {x}{y}}>{\frac {1}{2^{n}}}}$ 。

這個方法的效率很低。

一個改善之道是選取正整數${\displaystyle n}$ 使得${\displaystyle (2^{n}\times x){\bmod {y}}<2^{n+1}}$ 。選取適當的正整數${\displaystyle r,s}$ （${\displaystyle r<y}$ ）使得${\displaystyle 2^{n}\times x=sy+r}$ 。${\displaystyle {\frac {x}{y}}={\frac {s}{2^{n}}}+{\frac {r}{2^{n}\times y}}}$ 。將${\displaystyle {\frac {s}{2^{n}}},{\frac {r}{2^{n}}}}$ 寫成二進制數。

例如： ${\displaystyle {\frac {18}{23}}}$ ：

• ${\displaystyle (4\times 18){\bmod {2}}3<8}$ ，${\displaystyle 4\times 18=23\times 3+3}$ 
• ${\displaystyle {\frac {18}{23}}={\frac {3}{4}}+{\frac {3}{4\times 23}}}$ 
• ${\displaystyle {\frac {3}{4}}=0.15={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{4}}}$ 
• ${\displaystyle {\frac {18}{23}}={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{4}}+{\frac {1}{2\times 23}}+{\frac {1}{4\times 23}}}$ 

分拆

將一個分數表示成未必相異的單位分數之和。若有兩個單位分數相同，可以用以下其中一種處理方式：

1. 若它們的分母是雙數，便用它們的和取代；若它們的分母是單數，設它們的分母為${\displaystyle 2k-1}$ ，用${\displaystyle {\frac {1}{k}}+{\frac {1}{(2k-1)k}}}$ 取代。
2. 設它們的分母為${\displaystyle p}$ ，用${\displaystyle {\frac {1}{p}}+{\frac {1}{p+1}}+{\frac {1}{(p+1)p}}}$ 取代。

或是${\displaystyle {\frac {1}{n}}={\frac {1}{n+1}}+{\frac {1}{n(n+1)}}}$ ←${\displaystyle n}$ 可等於任意正整數

${\displaystyle {\frac {1}{n}}}$ 表示成为一个级数形式：

${\displaystyle {\frac {1}{n}}={\frac {1}{n+1}}+{\frac {1}{(n+1)^{2}}}+{\frac {1}{(n+1)^{3}}}+{\frac {1}{(n+1)^{4}}}+...+{\frac {1}{(n+1)^{k}}}+{\frac {1}{n(n+1)^{k}}}}$ 

Engel展開式

• 參看Engel展開式。方法類同於貪心法

歷史

 

莱因德数学纸草书

數學史家有時論述代數的發展分為三個基本階段：

1. 文字代數：其問題以古代數學家所用的文字表述；
2. 省文代數：簡化問題中一些字詞，以幫助理解；
3. 符號代數：以符號代表運算符和運算元，使更容易理解。

未知數以符號形式通常記為。我們從古埃及文稿得知，埃及祭司和書記採用文字代數的方式，以一個解為「堆」或「集」的字「阿哈」來表示未知數。

這是現存在倫敦的大英博物館的萊因德數學紙草書（第二中間期）所載，其中一個阿哈問題的翻譯：

「問題24： 一個數量和它的${\displaystyle {\frac {1}{7}}}$ 加起來是19。這數量是什麼？」

「假設是7。7和7的${\displaystyle {\frac {1}{7}}}$ 是8。8要乘上多少倍以得到19，7也要乘上這樣多倍以得到所要的數量。」

以現在的符號形式，${\displaystyle x+{\frac {x}{7}}={\frac {8x}{7}}=19}$ ，故此${\displaystyle {x}={\frac {133}{8}}}$ 。檢查： ${\displaystyle {\frac {133}{8}}+{\frac {133}{7\times 8}}={\frac {133}{8}}+{\frac {19}{8}}={\frac {152}{8}}=19}$ 。

注意問題中的分數。古埃及人以單位分數計算，如${\displaystyle {\frac {1}{2}},{\frac {1}{3}},{\frac {1}{4}},{\frac {1}{10}}}$ 。

一個形狀如開口的象形文字是表記分數的符號，這「開口」下有象形文字的數字就是分數的分母。

参见

• 丢番图方程
• 单位分数
• 歐德斯-史特勞斯猜想

外部链接