Je kent hem vast wel: de abacus, ook wel bekend als telraam. Je kunt er snel op rekenen. Goed getrainde mensen rekenen op een abacus zelfs sneller dan een rekenmachine! Hoe werkt dat nou eigenlijk precies?
Een waarschuwing vooraf: je kunt dit stuk achteroverleunend op de bank lezen, maar je ervaart pas écht waar het over gaat als je een abacus of een abacus-app hebt om mee te oefenen. Je kan ook zelf een rekenbord maken met fiches of iets dergelijks. Probeer met training een routine op te bouwen en je zult verbaasd staan hoe snel berekeningen gaan. Dit kan je ook op Facebook zien: in veel Aziatische landen winnen abacusspecialisten het ruim van rekenmachinegebruikers.
Staafjes en kralen
De abacus stelt eigenlijk precies ons tientallige getalsysteem voor. Elk staafje stelt een volgende macht van tien voor, net zoals elke positie in onze getallen dat doet. In het getal 1.234 staat de 1 voor 1 duizendtal (ofwel: $1 \times10^3$), de 2 voor 2 honderdtallen ($2 \times 10^2$), de 3 voor 3 tientallen ($3 \times 10^1$) en de 4 voor 4 eenheden ($4 \times 10^0$).
Precies zo werkt de abacus: je kiest een willekeurig staafje als het staafje voor de eenheden, het staafje links daarvan is dan voor de tientallen, het staafje daar weer links van is voor de honderdtallen, enzovoorts. In Japan gebruiken ze meestal standaard de middelste kolom met kralen voor de eenheden. Dat is handig als je cijfers achter de komma gebruikt. In dit artikel werken we alleen met gehele getallen en gebruiken we het rechteruiteinde van de abacus.
De misschien wel bekendste abacus, de Chinese, heeft onderaan vijf kralen en bovenaan twee. De Japanse abacus heeft bovenaan slechts één kraal en onderaan vier. In tientallige berekeningen zal je op de Chinese abacus slechts één van de bovenste en vier van de onderste kralen gebruiken. De reden dat die extra kralen er toch op zitten, is waarschijnlijk dat je er zo ook berekeningen in het zogeheten zestientallig (hexadecimale) getalsysteem op kunt maken, en dat is de manier waarop sommige maten vroeger in China samenhingen. De abacus is overigens niet van oorsprong Chinees: de Romeinen rekenden er ook mee, en soortgelijke rekenmethodes (niet per se op staafjes, maar wel op rekenborden met steentjes) bestonden ook in Mesopotamië en bij de oude Grieken.
Hoe zet je een getal op een staafje? De vijf onderste kralen tellen allemaal voor één, de bovenste kralen tellen elk voor vijf. De echte waarde hangt natuurlijk af van op welk stangetje ze zitten, net zoals dat met gewone cijfers in een opgeschreven getal gaat.
Horizontaal in het midden zit een balkje. Kralen die tegen dat balkje aan geschoven zijn (van boven of van onder) worden meegeteld. Het getal 123.456 ziet er dus zo uit:
Vaste bewegingen
Elke verandering op een abacus wordt volgens vaste bewegingen gedaan. Daardoor kan je het opzetten van een nieuw getal en later ook het optellen en aftrekken automatiseren. Vaak zie je ervaren abacusgebruikers de bewegingen maken zonder abacus: de abacus zit dan in het hoofd.
De bewegingen zijn als volgt: één erbij doe je met je duim omhoog en één eraf doe je met je wijsvinger; twee, drie en vier op dezelfde manier. Vijf erbij doe je met je wijsvinger naar beneden en vijf eraf doe je door je wijsvinger naar boven te bewegen. Zes erbij doe je door je duim en wijsvinger naar elkaar toe te bewegen, zes eraf doe je met de tegengestelde beweging. Als je dit eerst automatiseert, zul je de volgende, moeilijkere berekeningen ook in je vingers krijgen.
Optellen
Het optellen is de eenvoudigste bewerking op een abacus en vormt de basis van alle berekeningen. Je hoeft tenslotte alleen maar kraaltjes toe te voegen tot je bij het antwoord uitkomt. Soms is het echt heel simpel: als je 1 + 3 wil uitrekenen, zet je de 1 klaar en tel je er 3 kraaltjes bij. Zodra je over de 5 of over de 10 heen gaat, is het iets ingewikkelder: als je 3 + 4 wil uitrekenen, zet je de 3 klaar en bedenk je dat +4 hetzelfde is als +5 – 1, dus dan doe je de 5-kraal erbij en 1 eenheid eraf (dus de 5-kraal omlaag en 1 eenheid omlaag). Als je over een tiental heen gaat, doe je iets soortgelijks: bij 4 + 6 zet je de 4 klaar en bedenk je dat +6 hetzelfde is als +10 – 4, dus doe je een tiental (een eenheid op het volgende staafje aan de linkerkant, dus) erbij en 4 eenheden eraf.
Bij 5 + 6 zet je de 5 klaar en doe je hetzelfde: een tiental erbij en 4 eenheden eraf, alleen moet je dan ook nog bedenken dat –4 hetzelfde is als –5 + 1.
Opgave 1. Bereken op de abacus 1 + 3, 2 + 3, 2 + 4 + 1, 3 + 6 en 5 + 7.
Het is handig om een paar regels paraat te hebben. Als je ergens 1 bij op moet tellen en er zijn nog eenheden, doe je er gewoon 1 kraal bij; als je bij de 5 komt: gebruik dat +1 hetzelfde is als +5 – 4 (dus de 5-kraal erbij en 4 eenheden eraf); als je bij de 10 komt: gebruik dat +1 hetzelfde is als +10 – 9 (dus een tiental erbij (d.w.z.: een eenheid op het volgende staafje) en 9 eraf, dus de 5-kraal en 4 eenheden eraf).
Dat ziet er dus als volgt uit.
3 + 1:
wordt
4 + 1:
wordt
9+1:
wordt
De regels voor de andere optellingen gaan op dezelfde manier. Als je ergens 2 bijtelt, voer je dit uit door +2, of +5 – 3, of +10 – 8. Als je er 9 bij moet tellen is het +9 (= +5 + 4), of +10 – 1 (waarbij –1 dan misschien weer –5 + 4 is).
Voor 10 en hoger tel je op per cijfer/staafje, dus dat betekent dat deze rekenregels in de vingers hebben in principe voldoende is om alle optellingen te kunnen uitvoeren op de abacus.
Opgave 2. Bedenk zelf de regels voor +3 tot en met +8 en oefen ze met allerlei mogelijkheden (dus ook over de vijf en de tien heen).
Snelle abacusrekenaars hebben deze rekenregels helemaal paraat en kunnen ze steeds met dezelfde vingerpatronen uitvoeren zonder na te hoeven denken. Misschien ken je dat gevoel wel als je een muziekinstrument bespeelt: zodra je aan een bepaalde toon of akkoord denkt, maken je vingers vanzelf de goede greep zonder dat je er tussentijds over nagedacht hebt.
Bij het optellen van getallen van meerdere cij fers maakt het bij optellen eigenlijk niet uit of je van rechts naar links of van links naar rechts werkt. Het is gebruikelijk om van links naar rechts te werken. Soms zal je zien dat je meerdere regels nodig hebt op de verschillende staafjes, bijvoorbeeld bij een optelling als 99 + 3.
Opgave 3. Probeer het maar: 99 + 3, 2.003 + 50.145, 2.003 + 45.678, 1.657 + 237.387 + 14.515 en 874.948 + 2.456 + 2.312.
Aftrekken
Aftrekken is het omgekeerde van optellen en dat zie je ook in de bewegingen terug. Het probleem zit weer bij het overstijgen van een tiental of een vijftal.
Als je ergens 1 vanaf wilt trekken, beweeg je één kraal naar beneden, als dat kan, en als dit niet mogelijk is eerst 5 eraf en 4 erbij, of: 10 eraf en 9 erbij. Soortgelijk is de bewerking –6. Je kan dit moeten doen met –5 – 1 of met –10 + 4, waarbij ook nog +4 uitgevoerd moet worden met +5 – 1.
Opgave 4. Bereken op de abacus 22 – 6 en 215 – 9 – 4 – 7 – 3.
Opgave 5. Maak een tabel met alle regels voor –1 t/m –5 en –6 t/m –9.
Vermenigvuldigen
Vermenigvuldigen op de abacus lijkt erg op cijferend vermenigvuldigen met gewone cijfers. Maar er zijn wat regeltjes nodig om te zorgen dat bijvoorbeeld de eenheden op de juiste plek terechtkomen.
Om te kunnen vermenigvuldigen is het belangrijk om de tafels van 1 tot en met 9 paraat te hebben, want die heb je nodig in de tussenstappen. Bovendien moet je al kunnen optellen op de abacus.
Getal met één cijfer
We geven een voorbeeld: 24 $\times$ 3. Om te beginnen kijken we hoeveel cijfers deze beide getallen voor de ‘komma’ hebben. Dit zijn gehele getallen, dus er is in dit geval geen komma, dus dat zijn er gewoon twee plus één is drie. Stel dat je het meest rechtse staafje voor de eenheden wil gebruiken in deze opgave, dan zet je je vinger op dat staafje en tel je 3 staafjes naar links. Op dat staafje zet je het eerste cijfer van 24, dus 2, en op het staafje rechts daarvan komt de 4. De 3 zetten we helemaal links, om te onthouden dat we daar steeds mee moeten vermenigvuldigen.
Nu berekenen we 4 $\times$ 3 = 12. Die 12 zetten we direct naast het laatste cijfer van de 24:
Omdat we nu klaar zijn met de 4, halen we die weg:
We gaan verder met de 2. Omdat 2 $\times$ 3 = 6 moeten we de 6 erbij doen. Om die 6 op de juiste plek te krijgen, moeten we hem net als alle andere uitkomsten beschouwen als een getal van twee cijfers, dus als ‘06’. De 06 zetten we erbij direct achter de 2, dus dat wordt:
En we zijn ook klaar met de 2, dus ook die kan weg:
Hier zien we de uitkomst 72, netjes op de plek waar we de eenheden bedacht hadden.
Grotere getallen
We gaan nu 428 $\times$ 32 berekenen. Weer willen we de eenheden op het laatste staafje terecht laten komen. We zien nu 3 + 2 = 5 cijfers voor de komma’s, dus we zetten onze vinger weer op het meest rechtse staafje en tellen vijf naar links. Op dat staafje zetten we de 4 en rechts daarvan de 2 en dan de 8. De 32 zetten we helemaal links.
We beginnen bij het rechtergetal aan de rechterkant en bij het linkergetal links. We krijgen dus eerst 8 $\times$ 3 = 24. Die 24 zetten we weer direct achter de 428:
We zijn nu nog niet klaar met die 8, die moet ook nog keer 2. Omdat de 2 rechts van de 3 staat, moet de 16 in de uitkomst ook een plekje naar rechts erbij gedaan worden (de 1 moet dus bij de 4 en de 6 komt op de nog lege plek van de eenheden). Dan zijn we wel klaar met de 8, dus die mag weg:
Dan komen we bij de 2. We doen 2 $\times$ 3 = 06:
En daarna een plekje naar rechts krijgen we 2 $\times$ 2 = 04. Die passen er in dit geval gewoon nog bij op het staafje.
Nu zijn we klaar met de 2, dus die mag weg.
Nu nog de 4. We krijgen 4 $\times$ 3 = 12:
En een staafje naar rechts krijgen we 4 $\times$ 2 = 08 (en die gaat via +8 = +10 – 2):
Nu zijn we klaar met de 4, dus die mag weg, en kunnen we de uitkomst, 13.696, aflezen:
Voor getallen met nog meer cijfers en voor kommagetallen gaat het precies zo, alleen moet je bij kommagetallen zorgen dat je voldoende plaats hebt rechts van de eenheden, dus dan moet je het eenhedenstaafje wat verder naar links kiezen. Het bepalen van hoeveel je de getallen op moet schuiven om met de eenheden op de juiste plek uit te komen gaat hetzelfde: je telt hoeveel cijfers in totaal voor de komma’s staan in de opgave en zoveel staafjes tel je naar links vanaf de eenheden, daar begint het getal dat je opzet (het andere getal komt links).
Opgave 6. Bereken nu zelf de volgende producten op de abacus: 37,1 $\times$ 18 en 3,14159 $\times$ 2.
Delen
Het delen op een abacus werkt eigenlijk hetzelfde als een gewone staartdeling of kolomsgewijze deling zoals je die geleerd hebt. Een voordeel van deze methode boven de gewone staartdeling is dat het niet per se nodig is de tafel van de deler helemaal paraat te hebben, omdat de berekening in stukjes gaat (zie het tweede voorbeeld hieronder).
Getal met één cijfer
We beginnen eenvoudig, met een deler van één cijfer. Als voorbeeld bekijken we 144 : 5.
Ook nu is het weer van belang dat je weet waar de komma terechtkomt. Kies een staafje waar je de eenheden wil krijgen. Zet je vinger op dat staafje. Het deeltal heeft in dit geval drie cijfers voor de komma, daarom plaats je je vinger drie staafjes naar links. De deler bestaat uit één cijfer voor de komma, daarom plaats je je vinger 1 + 2 = 3 staafjes naar rechts. (Die 1 komt door het ene cijfer, die 2 is altijd een 2.) In dit geval staat je vinger toevallig weer op het staafje waar je ook begonnen was.
Het eerste cijfer van het deeltal zet je op het staafje waar je vinger nu is, de rest rechts daarvan. De 5 zet je helemaal links om te onthouden waardoor je aan het delen bent.
We gaan nu 144 per cijfer door 5 delen. Er komen bij delen wat meer subtiliteiten kijken, die zullen we in de voorbeelden tegenkomen.
We kijken hoe vaak 5 in 1 past, maar 1 is kleiner dan 5, dus kijken we naar 14. De 5 past daar 2 keer in. Omdat we een extra cijfer bekeken hebben, is dat eigenlijk een 02. Die 02 zetten we op de twee staafjes links naast onze 144.
Vervolgens halen we 2 $\times$ 5 = 10 af van de 14:
Nu kijken we hoe vaak 5 past in 44: dat is 8 keer. Dat levert dus een 8 op bij de uitkomst (dus links van de 44 die er nog stond) en we halen 5 $\times$8 = 40 van het deeltal af.
Nu hebben we weer een 4 over en als we de 0 die erachter staat meenemen krijgen we 40 en het aantal keren dat 5 daar in past is weer 8 die bij de uitkomst moet:
Nu kunnen we het antwoord aflezen. Herinner je dat het staafje van de eenheden het staafje was waar in het begin de 1 stond, dus de uitkomst is 28,8.
In het gegeven voorbeeld paste de deler soms niet in het cijfer van het deeltal. Daarom bekijken we nu een voorbeeld waarbij dat w.l gebeurt, zodat je ziet waar je dan de uitkomst moet opzetten (want dat is het enige verschil). We bekijken de deling 6.543 : 2.
We zetten de deling op zoals in de vorige opgave: we bepalen een plek voor de eenheden, gaan 4 naar links en 1 + 2 = 3 naar rechts, en daar beginnen we met het opzetten van 6.543. De eenheden komen straks dus op de plek waar nu de 5 staat. De 2 zetten we weer helemaal links.
Nu kijken we hoe vaak 2 in het eerste cijfer van het deeltal, 6, past. Dat is 3 keer. Nu zetten we de 3 twee staafjes links van de 6.543:
Dan halen we 3 $\times$ 2 = 6 van de 6 af, er blijft 0 over:
En we kijken naar het volgende cijfer: de 5. De 2 past daar 2 keer in. De 2 zetten we twee staafjes links van wat er nog over is van het deeltal, oftewel rechts naast de 3 die we al hadden. Als we de 2 $\times$2 van de 5 afhalen, houden we 1 over op dat staafje:
Nu pakken we weer het volgende staafje erbij, en we kijken hoe vaak 2 in 14 past, dat kan 7 keer. We zetten de 7 weer twee staafjes links van de 14 en halen 7 $\times$2 = 14 van de 14 af:
Nu hebben we nog 3 over en daar past de 2 nog 1 keer in:
We hebben nog niet rest 0 bereikt (dat kan overigens ook niet altijd!), dus we gaan nog even door: de 2 past 5 keer in de 10 die we nu nog hebben, en dan hebben we wel rest 0.
Even terugdenkend aan welk staafje voor de eenheden bestemd was, zien we dat de uitkomst dus 3.271,5 is.
Grotere getallen
We gaan de deling 2.537 : 43 uitvoeren. We zetten de getallen weer op de abacus. Kies het stokje van de eenheden, ga vier naar links en 2 + 2 = 4 naar rechts, en begin daar het getal 2.537 op te zetten. De 43 komt links.
We kijken hoe vaak de 4 in de 2 past: niet. Dus kijken we hoe vaak de 4 in de 25 past. Dat is 6 keer. Zet de 06 neer als uitkomst op de twee staafjes links van de 2.537.
Dan moeten we 6 $\times$4 = 24 van het begin van het deeltal afhalen:
En dan moet er nog 6 $\times$3 = 18 van de resterende 13 af... en dat past niet! Blijkbaar past 6 Å~ 43 niet in 253... Helaas. Onze hap was dus te groot, en we moeten niet 6 maar 5 nemen in de uitkomst. (We schuiven 0137 dus weer terug naar 2537.)
En dan halen we eerst 5 $\times$4 = 20 van de 25 af:
en dan nog 5 $\times$3 = 15 van de resterende 53:
(Merk op dat die laatste aftrekking via –5 = –10 + 5 gaat.)
De 4 past wel in de 38, en wel 9 keer. We zetten de 9 bij de uitkomst, en we halen eerst 9 $\times$4 = 36 van de 38 af:
En nu moeten we nog 9 $\times$3 = 27 van de 27 afhalen, en dan krijgen we precies rest 0!
De uitkomst is dus 59.
Hoe werken deze regels?
Waarom de optel- en aftrekregels gelden, spreekt redelijk voor zich. Je doet alleen maar dingen die duidelijk kloppen en in feite handig rekenen zijn, bijvoorbeeld +5 – 2 doen als je +3 wil doen maar er te weinig kralen zijn.
Waarom vermenigvuldigen werkt, zie je duidelijk als je een voorbeeld een keer helemaal uitschrijft op papier zonder te vergeten hoeveel elk cijfer waard is: bij 428 $\times$32 bereken je in feite eerst 8 $\times$3 en 8 $\times$2, die tel je bij elkaar op, maar door het opschuiven tel je eigenlijk 8 $\times$ 30 en 8 $\times$2 bij elkaar op. Daarna doe je hetzelfde met de andere cijfers, en door het opschuiven kom je steeds precies op de plek van de juiste macht van 10 uit.
Deze manier van delen werkt omdat je in feite hetzelfde doet als bij de traditionele staartdeling, of bij ‘happen’: je schat hoe vaak de deler in het deeltal past, en daarna haal je dat aantal keren de deler van het deeltal af. Hier schat je dat door te kijken hoe vaak het eerste cijfer van de deler in het eerste cijfer van het deeltal past. Dat is een wat ruwe manier van schatten, wat je ook wel ziet in het derde voorbeeld, want daar hadden we per ongeluk als eerste schatting een te grote hap genomen. Gelukkig is dat redelijk eenvoudig te herstellen. Dat alle uitkomsten uiteindelijk op de juiste plek belanden komt doordat je verschillende dingen doet bij ‘wel erin passen’ en ‘niet erin passen’, waardoor je dan inderdaad een extra positie opschuift. Net als bij de ouderwetse staartdeling, waarbij je ook een extra cijfer naar beneden haalt als de deler er niet in past.
Een nadeel van deze methode kan dus zijn dat je schatting er soms wat naast zit. Een groot voordeel is dat je niet de tafel van 43 hoe te kennen om door 43 te kunnen delen.
De figuren in dit artikel zijn afkomstig van http://www.alcula.com/soroban.php.
