關於計算尺的介紹

(原於 2022-01-17 張貼於 PTT Stationary(文具)板,後轉到 Math(數學)板)

原理

最近因為好奇前電腦時代的運算方式之一,計算尺,所以買了兩隻計算尺。(一隻富士另一隻輝柏)

計算尺的原理是,採用 x * y 可以換成 log(x) + log(y) 的原理,將對數間距的刻度,印在兩隻固定,但其中一隻可平行滑動的尺上,利用尺的滑動與刻度的對照,來進行數字的乘除。這是在電腦發明以前的一種計算數字的方式,當然這有一點像是高階的查圖(表)的對應數值計算方式。

現在我手上有的計算尺,是三根平行的尺併在一起,上下兩根固定,中間的可以左右滑動。尺子被透明的,印有垂直細線,且可左右滑動的塑膠殼固定,用來輔助比對子尺之間的刻度用。

當然,因為對數的限定,所以越大的數,刻度的誤差值會變大。

刻度介紹

以我目前有的 Faber-Castell 2/83N 爲例(底下是該計算尺的模擬器,中間的子尺可以拖動):

https://www.sliderules.org/react/faber_castell_2_83n.html

可以看比較基礎運算的的 C、D 刻度,刻度的間距並不相同,反映這隻尺的間距不是照等差尺度排列的。

以下數字均爲十進位

假設要計算 32 * 19 這個數字,首先將被乘數 a 和乘數 b 換成 a’ * b’ * 10^(a的位數-1 + b 的位數 - 1),其中 a’ 和 b’ 介於 [1,10) 之間。

雖然這個公式比較複雜,但是重點就是,要把被乘數 a 和乘數 b 的小數點移位成介於 1 到 10 的數,且要記得兩數的小數點移多少位,到時計算要補回來。

這裏要換成 3.2 * 1.9 * 10 ^ 2

(以下建議大家開計算尺的模擬器,以確知如何運作)

所以我們要得知 3.2 * 1.9 的結果。

然後把C尺左右平移,1刻度移到D尺的3.2的位置,這時候讀C尺1.9的位置,對應到D尺的什麼刻度呢?

我們可以看到大致對應到刻度 6.05~6.10 中間,和計算結果 608(記得將小數點往右移回2位)很接近。

如果是除法的話。比如說 72 / 6 ,那我們可以先換成 7.2 / 6 * 10。

將 C 尺的 7.2 刻度和 D 尺的 6 刻度重合,然後回頭看 D 尺的 1 對應到 C 尺的什麼刻度呢?

對應的結果是 1.2,再乘以 10,就得到答案 12 了。

進階用法的還可以算三角函數、平方根,圓周率的乘除等等。

但感覺比較高深,這裏就不細說了。