韓信點兵和不定方程

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中數(shù)學 來源: 高中學習網(wǎng)

  和書的作者不詳,但后來經(jīng)過宋朝數(shù)學家秦九韶的推廣,又發(fā)現(xiàn)了一種算法,叫做“大衍求一術”。在中國還流傳著這么一首歌訣:

                      三人同行七十稀,
                      王樹梅花甘一枝,
                      七子團圓正半月,
                      除百零五便得知。

  它的意思是說:將某數(shù)(正整數(shù))除以3所得的余數(shù)乘以70,除以5所得的余數(shù)乘以21,除以7所得的余數(shù)乘以15,再將所得的三個積相加,并逐次減去105,減到差小于105為止。 所得結果就是某數(shù)的最小正整數(shù)值。
 
  用這首歌訣來計算上面的“韓信點兵”問題,我們便得到以下的算式:
       1×70+2×21+2×15=142,
       142-105=37,

即這群士兵共有37名。

  《孫子算經(jīng)》上還有一道極其有名的“物不知數(shù)”問題:“今有物不知其數(shù),三三數(shù)之余二,五五數(shù)之余三,七七數(shù)之余二,問物幾何!庇蒙厦娴母柙E來算,便得到算式:
 
       2×70+3×21+2×15=233,
         233-105×2=23,

即所求物品最少是23件。

  上面的“韓信點兵”問題,我們可以表示成方程或方程組。

  設士兵共有m名。m除以3,5,7所得的商分別為x,y,z,那么由題意,有

  這是一個“未知數(shù)的個數(shù)(這里有m,x,y,z共4個)多于方程的個數(shù)(這里有3個)”的方程組。它可以合并成一個方程(將3個方程相加)
 
              3x+5y+7z+5=3m。

  這個方程中含有2個或2個以上的未知數(shù)。我們把這樣的方程叫做不定方程,把前面這樣的方程組叫做不定方程組。這個不定方程組還可以寫成

         3x+1=5y+2=7z+2=m

的形式。上面所例舉的方程或方程組都有無限多個正整數(shù)解(這是因為方程或方程組本身沒有m<l00的限制,所以取m=37,37+105,37+105×2,…代入方程組,就可以得到相應的各組x,y,z的值,例如

                         


等等,都是方程組的解)。也就是說,方程或方程組的解不都是唯一確定的,這便是“不定方程”和“不定方程組”中“不定”兩字的由來 高中歷史。

  我國著名的數(shù)學家華羅庚早在少年時代(上初中前)就求得了“物不知數(shù)”問題的答案。這類問題引起了他后來研究整數(shù)性質(zhì)以至于“數(shù)論”的興趣。外國數(shù)學界也很重視,并把“大衍求一術”稱為“中國剩余定理”。
 


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