Dag van Wiskunde Eerste en Tweede graad Kortrijk, Zaterdag 26 november 2005 NUL Marjolein Kool [email protected] Nul in de Nederlanden Het traditionele penningrekenen Hoewel al in 1445 in een Nederlandstalig rekenboek werd uitgelegd hoe je met de HindoeArabische cijfers kunt rekenen, bleef men in de Nederlanden de traditionele manier van rekenen nog lang trouw. Naast het nieuwe schriftelijke rekenen, rekende men gedurende lange tijd nog steeds met penningen op een rekenbord. In verschillende rekenboeken uit de zestiende eeuw wordt naast het ‘moderne’ rekenen dit traditionele penningrekenen nog steeds onderwezen. Dat is bijvoorbeeld het geval in het rekenboek van Gielis van den Hoecke, Antwerpen, 1545. (fol. 12v) Opdracht 1 Hiernaast is berekend: 28 + 76. De termen en de som zijn elk in een eigen kolom afgebeeld. Probeer te achterhalen hoe deze optelling met penningen op de lijnen is uitgevoerd. a. Noteer de uitkomst in Romeinse cijfers. b. Welke rol speelt nul in deze berekening? En bij het noteren van de uitkomst in Romeinse cijfers? 28 + 76 = …? 1 Mengvormen van Romeinse en Hindoe-Arabische getallen Bij het noteren van getallen met Hindoe-Arabische cijfers en bij het rekenen met deze getallen heb je wel een nul nodig. Soms zie je de auteurs van de zestiende-eeuwse rekenboeken daar nog wat onwennig mee omgaan. Een enkeling gebruikt bijvoorbeeld een mengvorm van het Romeinse getalsysteem en het Hindoe-Arabische getalsysteem. Zo staat bijvoorbeeld in de arithmetica van Bernaert Stockmans, Dordrecht, 1595, fol. 6r: Ic XXIIIm IIII c LVI Opdracht 2 a. Welk getal staat hier? b. In welk opzicht zijn hier twee getalsystemen vermengd? c. Is bij deze notatiemanier een nul nodig? Opdracht 3 Martin van den Dijcke hanteert in zijn Chijferboeck, Antwerpen, 1591 op p.11 een vergelijkbare notatie: 1c 23mm 4c 56m 7c 89 a. Welk getal staat hier? b. Deze mengvorm lijkt een redelijk efficiënte en overzichtelijke manier van noteren. Waarom zou hij toch nooit echt gebruikt zijn? c. Is dit een positioneel systeem? Stockmans en Van den Dijcke hebben deze notatiemanieren in de rest van hun rekenboek niet gebruikt. Bij de twee voorgaande getallennotatiemanieren (van Stockmans en Van den Dijcke) is al wel sprake van een soort rangwaardesysteem, maar het is benoemd. De rang wordt nog door een letter aangeduid. Daardoor is er geen nul nodig. Het Hindoe-Arabische getalsysteem is een abstract positiesysteem. Dat wil zeggen dat de rang niet expliciet wordt aangeduid. De positie die een cijfer in een getal inneemt bepaalt de waarde ervan. In zo’n abstract positiesysteem is de nul onmisbaar om aan te duiden dat die bewuste positie leeg is. 2 De arithmetica van Christianus van Varenbraken Christianus van Varenbraken was een van de auteurs die in de zestiende eeuw een rekenboek schreef over het rekenen met Hindoe-Arabische cijfers. Hij deed dat in 1532. Het boek is nooit gedrukt, maar het manuscript is overgeleverd en bevindt zich in de universiteitsbibliotheek van Gent (hs.2141). Van Varenbraken behandelt kort het penningrekenen, - hij geeft aan dat hij dat doet voor mensen die niet kunnen schrijven - en hij gaat vooral zeer uitvoerig in op het nieuwe schriftelijke rekenen. Hij verklaart hoe je met de Hindoe-Arabische cijfers moet optellen, aftrekken, vermenigvuldigen en delen, zowel met gehele (positieve) getallen als met breuken. En daarna behandelt hij allerlei praktische toepassingen, dat wil zeggen rekenkundige vraagstukken uit de dagelijkse praktijk van kooplieden, bankiers, geldwisselaars, timmerlieden, edelsmeden, enzovoort. Hoe ging Christianus met de nul om? Laten we daar eens naar gaan kijken. Christianus van Varenbraken en het rekenen met gehele getallen Op fol. 142v van het arithmeticatractaat van Christianus van Varenbraken komt de volgende vermenigvuldiging voor: Wanneer ghij met eenighe articulen multipliceren wilt eenighe compositen, als exemplum: 300 met 111, so slaet die 00 af ende multipliceert met die 3 ende compt 333. Nu setter die 00 voren an. So comet 33300 ende es ghedaen. Parafrase Als u tientallen met gemengde getallen wilt vermenigvuldigen, zoals bijvoorbeeld: 300 met 111, zet de nullen dan apart en vermenigvuldig (111) met 3. Daar komt 333 uit. Zet die nullen er nu weer achter. Dan krijgt u 33300 en dan is het klaar. Opdracht 4 a. Hoe noteert Christianus van Varenbraken zijn getallen? b. Hoe gaat Van Varenbraken in dit fragment met nul om? Welke opvatting over nul kunt u hier mogelijk uit afleiden? Ziet hij nul als een getal? Het volgende fragment (fol. 144 v) laat zien hoe Van Varenbraken met de nul omgaat in een deling. Hij wil 301 schellingen omrekenen in ponden. 1 pond = 20 schellingen. Hij berekent 3 dus 301 : 20. Het algoritme dat hij hiervoor gebruikt heeft iets weg van onze staartdeling, maar er zijn wel wat verschillen. Het quotiënt wordt tussen deeltal en deler genoteerd, en de staart die bij ons omlaag wijst, wordt bij deze aanpak omhoog boven het deeltal geplaatst. De berekening gaat als volgt: 1 werf niet es niet Ende daer rest 0 10 die trect van 10 ende daer rest 0 5 werf 0 es niet Die trect van 1 Parafrase: Als u van deze voornoemde (301) schellingen ponden wilt maken dan moet u uw bedrag als hiernaast staat noteren. 301 scellinghen En dat bedrag (301) moet u delen door 20, want ponden 20 schellingen maken 1 pond. 20 divisor Kijk eerst hoe vaak 2 op 3 gaat. Dat gaat 1 keer. Daarom moet u een 1 tussen de lijnen zetten onder de 0 (van 301). Zeg nu: 1 x 2 = 2. Trek deze 2 van 3 en er blijft 1 over. Noteer deze 1 boven 3 en streep 3 door. En streep ook de 2 van uw deler door. Vermenigvuldig nu de 1 tussen de lijnen met de 0 van uw deler en zeg: 1 keer nul is nul. Streep de nul door. Noteer uw deler 20 een plaats verder naar rechts opnieuw. 1 Dan ziet uw berekening eruit als hiernaast. 301 scellinghen Onderzoek hoeveel keer 2 in 10 gaat. 1 ponden Dat is 5 keer. En er blijft 0 over. 200 divisor Zet 5 tussen de lijnen onder de 1 (van 301) 2 En streep de 10, en de 2 van uw deler door. Vermenigvuldig de 5 die tussen de lijnen staat met nul, zeggende: ‘5 keer nul is nul’, trek die nul van 1 af en er blijft 1 schelling over. Streep de nul door en het is klaar. (15 ponden en 1 schelling) 4 Opdracht 5 a. Welke bewerkingen met nul voert Van Varenbraken uit in dit fragment? Komen we iets over delen door nul te weten? b. Probeer uit het citaat iets over het nulconcept van Van Varenbraken af te leiden. c. In de zestiende-eeuwse rekenboeken komen verschillende benamingen voor nul voor. In een rekenboek uit 1508 spreekt de auteur van nulla. In een rekenboek uit 1578 staat zero. Sommige auteurs gebruiken verschillende benamingen voor nul binnen één boek. In een rekenboek uit 1568 komen zelfs vier benamingen voor: niet, nul, nullo, sypher. Simon Stevin die ernaar streeft om eenduidige Nederlandse termen in de wiskunde in te voeren, kiest in zijn ‘De Thiende’ (1585) voor de term ghebreeckende: Soo … eenich der natuerlicke oirden ghebraecke, men sal sijn plaetse vollen met dat ghebreeckende. Wat vindt u van de term ghebreeckende? d. Van Varenbraken gebruikt ‘niet’ als benaming voor nul. Volgens het Middelnederlands woordenboek betekent ‘niet’ zowel niets als niet. Levert dit nog een aanknopingspunt op in onze zoektocht naar het nulconcept van Van Varenbraken? Christianus van Varenbraken en het rekenen met breuken Bij het rekenen met gehele getallen zijn we al iets te weten gekomen over het nulconcept van Christianus van Varenbraken, maar het beeld wordt helderder als we gaan kijken naar de wijze waarop hij omgaat met nul bij het rekenen met breuken. Op fol. 142r behandelt hij het vermenigvuldigen met breuken, met name het vermenigvuldigen van een breuk met een geheel getal. Wildy ghebroken met heele multipliceren, als Error! met 6 ellen, so set onder die 6 een 1 oft 0, -dat een getal es dat niet en gheeft ofte en neempt-, ende setse beede in oordenne Error!Error!. Ende multipliceert telder met telder, noemer met noemer, als voorsien es. Ende die somme compt Error!. Opdracht 6 Welke ideeën omtrent nul spreken uit dit fragment? In een ander breukenvraagstuk wordt het allemaal iets duidelijker. Op fol. 179r behandelt Christianus van Varenbraken het volgende vraagstuk: 5 Parafrase: In een kerk zijn 12 kanunniken en eens zoveel priesters, dat is dus 24, en nog eens zoveel klerken, dat zijn er dus 48. De kanunniken, priesters en klerken is in een testament 400 pond nagelaten, om van te rentenieren en hun hele leven voor de erflater te bidden. De bedragen verhouden zich als volgt: Als een priester 1Error! pond krijgt, krijgt een klerk een halve pond en Error!, en een kanunnik 2Error! pond. De vraag is nu hoeveel ieder krijgt. Wat betreft de kanunniken: 2Error! = Error!, vermenigvuldig dit met 12, - dat is het aantal kanunniken -, aldus Error!Error!, doe teller keer teller, en noemer keer noemer, en deel de uitkomst van de tellers door de uitkomst van de noemers. Op vergelijkbare wijze wordt berekend hoeveel de priesters en de klerken krijgen. Samengevat: Geef 12 kanunniken elk 2Error! pond, dat is 27 pond Geef 24 priesters elk 1Error! pond, dat is 27 pond Geef 48 klerken elk Error! + Error! pond, dat is ook 27 pond. Iedere groep krijgt dus precies Error! deel van de 400 ponden, dat is 133Error! pond. Wat krijgt ieder persoonlijk? Elke kanunnik: 133Error! : 12 = 11Error! pond 6 Elke priester: 133Error! : 24 = 5Error! pond Elke klerk: 133Error! : 48 = 2Error! pond Opdracht 7 a. Is het vraagstuk correct opgelost? b. Welke ideeën omtrent nul spreken uit dit fragment? c. Van Varenbraken schrijft: 12 = Error! betekent dit nu dat hij meent 12 : 0 = 12? Tot slot volgt nog een fragment uit het rekenboek waarin Van Varenbraken zich expliciet uitlaat over nul. Het fragment is afkomstig uit het begin van het rekenboek waarin hij uitlegt hoe je de Hindoe-Arabische cijfers moet schrijven en lezen. Hij geeft eerst de cijfers van 1 tot en met 9 en dan vervolgt hij: . 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8 . 9 . Ende tot desen dygyten oft neghen letteren doetmen een 0, de welcke 0 in haer selven niet en doet, maar sy doet deze neghen letteren doen, -yeghelijc dit wel verstaende- tien werf meer dan sij in haer selven doen. Ende dan heetmense ‘articulen’. Ende men scrijftze aldus als hier naer bij exemplen verclaert wordt. 10 / 20 / 30 / 40 / 50 / 60 / 70 / 80 / 90 Parafrase .1.2.3.4.5.6.7.8.9. En aan deze digiten of negen letteren voegt met een 0 toe, deze 0 is van zichzelf niets waar, maar zij geeft deze negen letteren een waarde – en let goed op – die waarde is tien keer groter dan de waarde die ze van zichzelf hebben. En dan noemt men ze articulen en men schrijft ze zoals hierna volgt: 10 / 20 / 30 / 40 / 50 / 60 / 70 / 80 / 90 Opdracht 8 Als u nu alle voorgaande fragmenten uit het rekenboek van Van Varenbraken nog eens langs loopt kunt u dan samenvattend het nulconcept van de auteur beschrijven? Nul bij Bartjens, 1604 7 Nul is in het rekenboek van Van Varenbraken nog niet helemaal gewoon en vanzelfsprekend. En dat is in de rekenboeken van de andere zestiende-eeuwse Nederlandse auteurs niet anders. Zelfs de beroemde zeventiende-eeuwse rekenmeester Willem Bartjens is in zijn rekenboek De Cijfferinghe, Amsterdam, 1604, af en toe nog zoekende naar nul. Vraagstuk 10, p. 24: Parafrase 100 ponden kosten 10 groten. Hoeveel kosten 78.606 ponden? Uitkomst: 32 ponden, 15 schellingen 0Error! groten. Opdracht 9 a. Is het vraagstuk correct opgelost? U moet weten dan 1 pond = 20 schellingen en 1 schelling = 12 groten. b. 0Error! is in onze ogen een vreemde notatie. De 0 is overbodig. Waarom is er binnen deze context toch wel iets voor te zeggen? Bartjens is nog zoekende als het gaat om nul. Dat blijkt ook uit zijn terminologie. Hij spreekt van nullo ofte niet. En hij beschrijft dat nul van zichzelf niets is, maar wel de waarde van andere getallen kan veranderen als er nullen aan toegevoegd worden. Nul bij Peter van Halle, 1568 Peter van Halle, is de enige zestiende-eeuwse rekenmeester die in zijn rekenboek het machtsverheffen behandelt. Wat wordt een getal als je het tot de macht nul verheft? Hij gebruikt als notatie de hoofdletter N van Numerus en hij geeft de volgende omschrijving: N ofte numerus en bediet niet anders dan een uniteyt ofte daerin dat werden gheresolueert alle andere quantiteyten. Opdracht 10 a. Kunt u zelf de parafrase van dit citaat geven? De volgende tabel uit het rekenboek van Van Halle kan daar misschien bij helpen. 8 b. Wat is volgens Van Halle de uitkomst van 40 = ….? De ontwikkeling van het nulconcept was nog niet af in de zestiende en zeventiende eeuw, maar men maakte behoedzaam vorderingen. Geleidelijk aan werden de stappen voorwaarts ook in grotere kring verbreid. 9 Nul anno 2005 Nul is voor ons tegenwoordig zo vanzelfsprekend geworden dat we er meestal achteloos aan voorbij gaan. Nul is een getal als alle andere getallen, maar daarbinnen toch wel weer een geval apart. Geen van de getallen roept zoveel vragen op als nul, ook tegenwoordig nog. Kijk maar eens naar de volgende vragen die allemaal de laatste tijd op Wiskfaq zijn gesteld. Kunt u ze beantwoorden? 1. Waarom is n • 0 = 0? 2. Waarom mag je niet delen door nul? 3. Waarom mag je niet zeggen a : 0 = oneindig? 4. Waarom is Error! niet gedefinieerd? 5. Waarom geldt a0 = 1 als a ≠ 0? 6. Wat komt er uit a0 als a = 0? Met andere woorden wat is 00? 7. Waarom is nul een even getal? 8. Waarom is 0! = 1? 9. Wat is het tegengestelde van 0? 10. Wat is het omgekeerde van 0? 11. Weet u zelf nog een intrigerende nul-vraag? Kunt u hem beantwoorden? Literatuur Meer lezen over nul? Flegg, Graham, ‘Numbers through the ages.’ The Open University, Milton Keynes, 1989. Ifrah, Georges, ‘De wereld van het getal.’ Servire, Katwijk aan Zee, 1985. Kaplan, Robert, ‘Het paradoxale niets. Een geschiedenis van het getal nul.’ Bert Bakker, 2000 Menninger, Karl, ‘Number words and number symbols.’ New York, 1969. Wilt u bladeren in een zeventiende-eeuws rekenboek? Beckers, D. en M. Kool (ed.), ‘Willem Bartjens, De Cijfferinghe (1604).’ Verloren, 2004. 10 Antwoordenblad: Nul anno 2005 1. Waarom is n • 0 = 0? n • 0 = n • (k – k) = nk – nk = 0 2. Waarom mag je niet delen door nul? Dan zouden alle getallen hetzelfde zijn. Immers: 5 • 0 = 0 en 6 • 0 = 0 dus 5 • 0 = 6 • 0 Als je zou mogen delen door nul en dus in deze vergelijking de nullen zou mogen wegstrepen, dan komt er te staan 5 = 6. Daarom is delen door nul onmogelijk. 3. Waarom mag je niet zeggen a : 0 = oneindig? a : 0,0000001 = een heel groot positief getal a : -0,0000001 = een heel groot negatief getal Is a : 0 nou positief oneindig of negatief oneindig???? 4. Waarom is 0/0 niet gedefinieerd? Omdat 0/0 alles kan zijn Bijvoorbeeld: 0/0 = 7 want 7 x 0 = 0 Maar ook geldt: 0/0 = -0,465 want –0,465 x 0 = 0 0/0 is niet gedefinieerd om het bouwwerk van de rekenkunde waterdicht te houden. 5. Waarom geldt a0 = 1 als a ≠ 0? Als a ≠ 0 dan geldt: ap : ap = ap-p = a0 ap : ap = 1 dus a0 = 1 6. Wat komt er uit a0 als a = 0? Met andere woorden wat is 00? a0 = 1 als a ≠ 0 0a = 0 als a ≠ 0 Wat moet je nou kiezen voor 00? 7. Waarom is nul een even getal? - Het is deelbaar door 2, want 0 : 2 = 0 - Om de afwisseling in de even telrij regelmatig te houden: …, -6, -4, -2, 0, 2, 4, 6, … 8. Waarom is 0! = 1? Omdat men dat zo heeft afgesproken. Het biedt voordelen bij de notatie. 9. Wat is het tegengestelde van 0? Het tegengestelde van 0 is 0. Want het tegengestelde van a = -a. Met andere woorden de som van een getal en zijn tegengestelde is 0. Aangezien 0 + 0 = 0 volgt hieruit dat 0 het tegengestelde is van 0. 10. Wat is het omgekeerde van 0? Het omgekeerde van 0 bestaat niet, want het omgekeerde van a = 1/a. Met andere woorden het product van a en zijn omgekeerde is 1. Maar met welk getal kan ik 0 vermenigvuldigen zodat 1 het product is? Dat is niet te vinden omdat 0 • a = 0 voor elke a. 11