中國古代數學題

2022-02-15 15:51:15 字數 4717 閱讀 5538

1樓:匿名使用者

百雞問題

《張邱建算經》中,是原書卷下第38題,也是全書的最後一題:「今有雞翁一,值錢伍;雞母一,值錢三;雞鶵三,值錢一。凡百錢買雞百隻,問雞翁、母、鶵各幾何?

答曰:雞翁四,值錢二十;雞母十八,值錢五十四;雞鶵七十八,值錢二十六。又答:

雞翁八,值錢四十;雞母十一,值錢三十三,雞鶵八十一,值錢二十七。又答:雞翁十二,值錢六十;雞母

四、值錢十二;雞鶵八十四,值錢二十八。」該問題導致三元不定方程組,其重要之處在於開創「一問多答」的先例,這是過去中國古算書中所沒有的。

秦王暗點兵問題和韓信亂點兵問題,都是後人對物不知其數問題的一種故事化。

物不知其數問題出自一千六百年前我國古代數學名著《孫子算經》。原題為:"今有物不知其數,三三數之二,五五數之三,七七數之二,問物幾何?"

這道題的意思是:有一批物品,不知道有幾件。如果三件三件地數,就會剩下兩件;如果五件五件地數,就會剩下三件;如果七件七件地數,也會剩下兩件。問:這批物品共有多少件?

變成一個純粹的數學問題就是:有一個數,用3除餘2,用5除餘3,用7除餘2。求這個數。

這個問題很簡單:用3除餘2,用7除也餘2,所以用3與7的最小公倍數21除也餘2,而用21除餘2的數我們首先就會想到23;23恰好被5除餘3,所以23就是本題的一個答案。

這個問題之所以簡單,是由於有被3除和被7除餘數相同這個特殊性。如果沒有這個特殊性,問題就不那麼簡單了,也更有趣得多。

我們換一個例子;韓信點一隊士兵的人數,三人一組餘兩人,五人一組餘三人,七人一組餘四人。問:這隊士兵至少有多少人?

這個題目是要求出一個正數,使之用3除餘2,用5除餘3,用7除餘4,而且希望所求出的數儘可能地小。

如果一位同學從來沒有接觸過這類問題,也能利用試驗加分析的辦法一步一步地增加條件推出答案。

例如我們從用3除餘2這個條件開始。滿足這個條件的數是3n+2,其中n是非負整數。

要使3n+2還能滿足用5除餘3的條件,可以把n分別用1,2,3,…代入來試。當n=1時,3n+2=5,5除以5不用餘3,不合題意;當n=2時,3n+2=8,8除以5正好餘3,可見8這個數同時滿足用3除餘2和用5除餘3這兩個條件。

最後一個條件是用7除餘4。8不滿足這個條件。我們要在8的基礎上得到一個數,使之同時滿足三個條件。

為此,我們想到,可以使新數等於8與3和5的一個倍數的和。因為8加上3與5的任何整數倍所得之和除以3仍然餘2,除以5仍然餘3。於是我們讓新數為8+ 15m,分別把m=1,2,…代進去試驗。

當試到m=3時,得到8+15m=53,53除以7恰好餘4,因而53合乎題目要求。

我國古代學者早就研究過這個問題。例如我國明朝數學家程大位在他著的《演算法統宗》(2023年)中就用四句很通俗的口訣暗示了此題的解法:

三人同行七十稀,

五樹梅花甘一枝,

七子團圓正半月,

除百零五便得知。

"正半月"暗指15。"除百零五"的原意是,當所得的數比105大時,就105、105地往下減,使之小於105;這相當於用105去除,求出餘數。

這四句口訣暗示的意思是:當除數分別是3、5、7時,用70乘以用3除的餘數,用21乘以用5除的餘數,用15乘以用7除的餘數,然後把這三個乘積相加。加得的結果如果比105大,就除以105,所得的餘數就是滿足題目要求的最小正整數解。

按這四句口訣暗示的方法計算韓信點的這隊士兵的人數可得:

70×2+21×3+15×4=263,

263=2×105+53,

所以,這隊士兵至少有53人。

在這種方法裡,我們看到:70、21、15這三個數很重要,稍加研究,可以發現它們的特點是:

70是5與7的倍數,而用3除餘1;

21是3與7的倍數,而用5除餘1;

15是3與5的倍數,而用7除餘1。

因而70×2是5與7的倍數,用3除餘2;

21×3是3與7的倍數,用5除餘3;

15×4是3與5的倍數,用7除餘4。

如果一個數除以a餘數為b,那麼給這個數加上a的一個倍數以後再除以a,餘數仍然是b。所以,把70×2、21×3與15×4都加起來所得的結果能同時滿足"用3除餘2、用5除餘3、用7除餘4"的要求。一般地,

70m+21n+15k (1≤m<3, 1≤n<5,1≤k<7)

能同時滿足"用3除餘m 、用5除餘n 、用7除餘k"的要求。除以105取餘數,是為了求合乎題意的最小正整數解。

我們已經知道了70、21、15這三個數的性質和用處,那麼,是怎麼把它們找到的呢?要是換了一個題目,三個除數不再是3、5、7,應該怎樣去求出類似的有用的數呢?

為了求出是5與7的倍數而用3除餘1的數,我們看看5與7的最小公倍數是否合乎要求。5與7的最小公倍數是5×7=35,35除以3餘2,35的2倍除以3餘2,35的2倍除以3就能餘1了,於是我們得到了"三人同行七十稀"。

為了求出是3與7的倍數而用5除餘1的數,我們看看3與7的最小公倍數是否合乎要求。3與7的最小公倍數是3×7=21,21除以5恰好餘1,於是我們得到了"五樹梅花甘一枝"。

為了求出是3與5的倍數而用7除餘1的數,我們看看3與5的最小公倍數是否合乎要求。3與5的最小公倍數是3×5=15,15除以7恰好餘1,因而我們得到了"七子團圓正半月"。

3、5、7的最小公倍數是105,所以"除百零五便得知"。

例如:試求一數,使之用4除餘3,用5除餘2,用7除餘5。

解:我們先求是5與7的倍數而用4除餘1的數;5與7的最小公倍數是5×7=35,35除以4餘3,3×3除以4餘1,因而35×3=105除以4餘1,105是5與7的倍數而用4除餘1的數。

我們再求4與7的倍數而用5除餘1的數;4與7的最小公倍數是4×7=28,28除以5餘3,3×7除以5餘1,因而28×7=196除餘5餘1,所以196是4與7的倍數而用5除餘1的數。

最後求的是4與5的倍數而用7除餘1的數:4與5的最小公倍數是4×5=20,20除以7餘6,6×6除以7餘1,因而20×6=120除以7餘1,所以120是4與5的倍數而用7除餘1的數。

利用105、196、120這三個數可以求出符合題目要求的解:

105×3+196×2+120×5=1307。

由於4、5、7的最小公倍數是4×5×7=140,1307大於140,所以1307不是合乎題目要求的最小的解。用1037除以140得到的餘數是47,47是合乎題目的最小的正整數解。

一般地,

105m+196n+120k (1≤m<4,1≤n<5,1≤k<7)

是用4除餘m,用5除餘n,用7除餘k的數(105m+196n+120k)除以140所得的餘數是滿足上面三個條件的最小的正數。

上面我們是為了寫出105m+196n+120k這個一般表示式才求出了105這個特徵數。如果只是為了解答我們這個具體的例題,由於5×7=35既是5與7的倍數除以4又餘3,就不必求出105再乘以3了。

35+196×2+120×5=1027

就是符合題意的數。

1027=7×140+47,

由此也可以得出符合題意的最小正整數解47。

《演算法統宗》中把在以3、5、7為除數"物不知其數"問題中起重要作用的70、21、15這幾個特徵數用幾句口訣表達出來了,我們也可以把在以4、5、7為除數的問題中起重要作用的105、196、120這幾個特徵數編為口訣。留給讀者自己去編吧。

凡是三個除數兩兩互質的情況,都可以用上面的方法求解。

上面的方法所依據的理論,在中國稱之為孫子定理,國外的書籍稱之為中國剩餘定理

2樓:

物不知其數問題出自一千六百年前我國古代數學名著《孫子算經》。原題為:"今有物不知其數,三三數之二,五五數之三,七七數之二,問物幾何?"

這道題的意思是:有一批物品,不知道有幾件。如果三件三件地數,就會剩下兩件;如果五件五件地數,就會剩下三件;如果七件七件地數,也會剩下兩件。問:這批物品共有多少件?

變成一個純粹的數學問題就是:有一個數,用3除餘2,用5除餘3,用7除餘2。求這個數。

我國明朝數學家程大位在他著的《演算法統宗》(2023年)中就用四句很通俗的口訣

三人同行七十稀,

五樹梅花甘一枝,

七子團圓正半月,

除百零五便得知。

"正半月"暗指15。"除百零五"的原意是,當所得的數比105大時,就105、105地往下減,使之小於105;這相當於用105去除,求出餘數。

我國古代學者莊子有一句話:"一尺之棰,日取其半,萬世不竭.''意思是說:

即使是一尺長的木棍,第一天擷取他的一半,以後每天擷取剩下部分的一半,那麼世世代代也擷取不完。請思考並完成下列各題:

1.第五天,第六天,第十天後,一尺之棰還剩多少尺?

2.第n天后,一尺之棰剩餘的長度是多少?

3.大約多少天后,一尺之棰剩餘不足百萬分之一?

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《孫子算經》中就記載了這個有趣的問題。書中是這樣敘述的:「今有雞兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,問雞兔各幾何?

百雞問題

《張邱建算經》中,是原書卷下第38題,也是全書的最後一題:「今有雞翁一,值錢伍;雞母一,值錢三;雞鶵三,值錢一。凡百錢買雞百隻,問雞翁、母、鶵各幾何?

答曰:雞翁四,值錢二十;雞母十八,值錢五十四;雞鶵七十八,值錢二十六。又答:

雞翁八,值錢四十;雞母十一,值錢三十三,雞鶵八十一,值錢二十七。又答:雞翁十二,值錢六十;雞母

四、值錢十二;雞鶵八十四,值錢二十八。」該問題導致三元不定方程組,其重要之處在於開創「一問多答」的先例,這是過去中國古算書中所沒有的。

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