숫자와 측정의 역사

이집트의 두 배 곱셈은 얼마나 빨랐을까: 9,604가지 곱셈으로 세어 보니

목차 6
  1. 27을 열세 번 더하는 대신, 묶음을 키웁니다
  2. 어떤 수든 1·2·4·8로 만들 수 있을까요?
  3. 같은 곱셈인데 표의 길이가 달라집니다
  4. 2부터 99까지 모든 곱셈으로 세어 보니
  5. 계산 방법과 참고 자료
  6. 같이 읽으면 좋은 글

고대 이집트의 곱셈에서는 한 수를 두 배씩 늘린 다음, 필요한 배수만 골라 더하는 방법을 사용했습니다. 두 자리 곱셈 9,604가지를 직접 세어 보니 평균 6번 남짓의 계산으로 끝났습니다. 곱셈을 모른 채 덧셈으로 버틴 것이 아니라, 곱셈을 반복 가능한 작은 계산으로 바꾼 것입니다. 다만 실제 문헌의 모든 계산이 1·2·4·8만 사용하는 한 가지 절차로 이루어진 것은 아닙니다.

영국 개방대학교의 이집트 계산 해설은 린드 파피루스 문제 69에서 80×14를 다루며, 14를 10과 4로 나눈 계산을 소개합니다. 4배는 두 번의 두 배 계산으로 만들지만 10배도 함께 활용합니다. 따라서 오늘날 설명하기 좋은 ‘두 배 표’를 모든 고대 계산의 유일한 형식으로 고정해서는 안 됩니다.

이처럼 실제 문헌은 두 배 계산과 다른 편리한 배수를 함께 씁니다. 이제 그중 두 배로 묶음을 만드는 원리만 떼어 13×27을 계산해 보겠습니다. 아래 숫자와 표는 원문 문제의 전사가 아니라 현대 교육용 예시입니다.

27을 열세 번 더하는 대신, 묶음을 키웁니다

27이 한 묶음 있다고 생각하겠습니다. 그것을 두 묶음, 네 묶음, 여덟 묶음으로 늘릴 때마다 이전 값을 자기 자신과 한 번 더하면 됩니다. 왼쪽에는 묶음 수, 오른쪽에는 전체 값을 적습니다.

27의 묶음 수전체 값선택
127사용
254
4108사용
8216사용

다음 행의 묶음 수는 16이므로, 양의 묶음을 더해서 13을 만들려는 이번 계산에는 필요하지 않습니다. 표 만들기를 멈추고 왼쪽에서 합이 13이 되는 행을 찾습니다. 8+4+1=13이므로 오른쪽의 216, 108, 27을 더하면 됩니다.

13 = 8 + 4 + 1
13 × 27 = 216 + 108 + 27
        = 351
27을 1, 2, 4, 8묶음으로 두 배씩 늘리고 8, 4, 1묶음을 골라 13 × 27 = 351을 계산하는 도해
현대 교육용 예시입니다. 216 + 108 + 27 = 351이며, 오른쪽은 1·2·4·8을 한 번씩 골라 0부터 15까지 빈틈없이 만들 수 있는 이유를 보여 줍니다.

합계를 다시 더하기 전에 골라낸 묶음이 정말 열세 개인지 확인해 보세요. 8·2·1행을 골라 216+54+27=297을 얻었다면 덧셈은 맞아도 열한 묶음을 계산한 것입니다. 8·4·1과 216·108·27이 함께 선택돼야 합니다. 행 선택 오류와 덧셈 오류는 검산 방법도 다릅니다.

현대식으로 쓰면 (8+4+1)×27=8×27+4×27+1×27입니다. 분배법칙이 계산의 정당성을 설명합니다. 결과를 다른 방식으로 확인하면 13×(20+7)=260+91=351이므로 일치합니다.

어떤 수든 1·2·4·8로 만들 수 있을까요?

13을 8+4+1로 고를 수 있다는 사실만으로 모든 곱셈에 쓸 수 있다고 결론 내리기는 이릅니다. 필요한 줄이 없는 양의 정수도 있을까요? 충분히 큰 두 배 표를 만들면 항상 표현할 수 있고, 그 이유는 표가 덮는 범위에 있습니다.

그 이유는 가능한 범위가 빈틈없이 늘어나기 때문입니다. 1을 쓰거나 쓰지 않으면 0과 1을 만들 수 있습니다. 여기에 2를 더할 선택이 생기면 0부터 3까지, 다시 4를 더할 선택이 생기면 0부터 7까지 만들 수 있습니다.

1까지 준비: 0~1
2까지 준비: 0~3
4까지 준비: 0~7
8까지 준비: 0~15

기존에 만들 수 있는 범위 바로 다음 수가 새로 추가되는 두 배 값입니다. 그 수를 더하면 기존 범위와 같은 길이의 새 구간이 이어집니다. 이 설명은 왜 행을 한 번씩만 선택해도 모든 양의 정수를 만들 수 있는지 보여 주는 현대적인 정당화입니다. 고대 서기가 바로 이런 문장으로 증명했다고 주장하는 것은 아닙니다.

13에서 실제로 행을 고를 때도 큰 값부터 빼면 됩니다. 13에서 8을 빼면 5, 거기서 4를 빼면 1, 마지막으로 1을 빼면 0입니다. 남은 수보다 큰 2는 건너뜁니다. ‘어느 행을 고를지 감으로 찾는 방법’이 아니라 끝까지 따라갈 수 있는 규칙입니다.

같은 곱셈인데 표의 길이가 달라집니다

이번에는 41×3을 계산하는 두 방향을 비교하겠습니다. 3을 두 배씩 늘려 41묶음을 만들면 왼쪽에 1·2·4·8·16·32가 필요합니다. 41=32+8+1이므로 오른쪽의 96+24+3=123을 합합니다.

반대로 41을 두 배로 늘려 세 묶음을 만들면 표에는 1과 2만 있으면 됩니다. 대응하는 값 41과 82를 더하면 똑같이 123입니다. 앞 방식은 두 배 계산을 다섯 번, 선택한 값의 덧셈을 두 번 합니다. 뒤 방식은 두 배 계산 한 번과 최종 덧셈 한 번이면 됩니다.

표가 짧으면 실제 계산 시간도 반드시 짧을까요? 여기서 센 것은 두 배 계산과 최종 덧셈의 횟수입니다. 자릿수와 받아올림의 부담은 재지 않았습니다. 같은 답을 더 적은 단계로 얻는다는 결론은 가능하지만 실제 작업 시간을 측정한 결과로 확대해서는 안 됩니다.

행을 선택하거나 선택하지 않는 구조는 현대의 이진 표현과 비교할 수 있습니다. 하지만 계산 절차의 닮은 점만으로 이집트인이 현대 컴퓨터와 같은 숫자 표기나 장치를 사용했다고 말할 수는 없습니다. 무엇을 닮았고 무엇이 다른지 구분해야 비교가 도움이 됩니다.

이 곱셈법의 핵심은 많은 덧셈을 무작정 반복하는 데 있지 않습니다. 두 배씩 키운 묶음을 재사용하고, 필요한 묶음만 선택하는 데 있습니다. 계산표를 직접 만들면 답을 얻는 과정뿐 아니라, 같은 답을 더 짧은 절차로 구할 수 있는 이유까지 볼 수 있습니다.

2부터 99까지 모든 곱셈으로 세어 보니

이 방법이 실제로 얼마나 빠른지 두 자리 곱셈 전체로 세어 봤습니다. 2부터 99까지의 두 수를 곱하는 9,604가지 경우마다 두 배 계산 횟수와 고른 줄을 더하는 횟수를 합했습니다. 같은 수를 반복해서 더하는 방법과 비교하면 차이가 분명합니다.

곱하는 수 1부터 100까지 두 배 표 곱셈과 반복 덧셈에 필요한 계산 횟수를 비교한 그래프
곱하는 수가 커질수록 반복 덧셈은 똑같이 늘지만 두 배 표는 거의 늘지 않습니다. 100 이하에서 가장 손이 많이 가는 수는 95(11번)입니다.
비교 항목결과
작은 수를 곱하는 수로 고를 때 평균6.1번
큰 수를 곱하는 수로 고를 때 평균8.0번
같은 수를 반복해서 더할 때 평균33.2번
100 이하에서 가장 많은 경우95: 두 배 6번 + 덧셈 5번 = 11번
2의 거듭제곱(예: 64)두 배만 6번, 덧셈 없음
2~99의 두 수를 곱하는 9,604가지 경우를 정보호수가 직접 센 결과입니다. 받아올림 같은 자릿수 작업은 세지 않았습니다.

평균 6번 남짓이면 두 자리 곱셈이 끝납니다. 같은 수를 반복해서 더하는 것보다 다섯 배 넘게 짧습니다. 앞의 41×3처럼 작은 수를 곱하는 수로 고르는 습관이 대체로 유리하다는 점도 숫자로 확인됩니다.

다만 항상 그렇지는 않았습니다. 두 수가 서로 다른 4,753가지 조합 가운데 456가지(약 9.6%)는 큰 수를 곱하는 수로 고르는 편이 더 짧았습니다. 15×16이 대표적입니다. 15는 1·2·4·8을 모두 골라야 해 6번이 걸리지만, 16은 두 배 네 번이면 끝납니다. 이진수로 썼을 때 1이 적은 수가 유리하다는 뜻입니다.

린드 파피루스의 80×14가 두 배 계산만 쓰지 않고 10배를 섞은 이유도 여기서 짐작해 볼 수 있습니다. 14를 두 배 표로만 만들면 두 배 3번과 덧셈 2번이 필요합니다. 그런데 이집트 숫자는 10, 100, 1,000마다 다른 기호를 쓰므로, 10배는 각 기호를 한 단계 위 기호로 바꾸면 끝납니다. 14=10+4로 나누면 10배 한 번, 두 배 두 번, 덧셈 한 번이면 됩니다. 계산법은 숫자를 적는 방식과 함께 골라졌다고 볼 수 있습니다.

계산 방법과 참고 자료

횟수는 정보호수가 파이썬으로 계산했습니다. 곱하는 수 m에 대해 두 배 계산은 m을 넘지 않는 가장 큰 2의 거듭제곱까지의 단계 수, 덧셈은 m을 2의 거듭제곱의 합으로 쓸 때 항의 개수에서 1을 뺀 값입니다.


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