一年級(jí)趣味數(shù)學(xué): 秦王暗點(diǎn)兵(二)
來源:轉(zhuǎn)載 2008-05-07 17:51:13
我國古代學(xué)者早就研究過這個(gè)問題。例如我國明朝數(shù)學(xué)家程大位在他著的《算法統(tǒng)宗》(1593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(tuán)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(dāng)所得的數(shù)比105大時(shí),就105、105地往下減,使之小于105;這相當(dāng)于用105去除,求出余數(shù)。
這四句口訣暗示的意思是:當(dāng)除數(shù)分別是3、5、7時(shí),用70乘以用3除的余數(shù),用21乘以用5除的余數(shù),用15乘以用7除的余數(shù),然后把這三個(gè)乘積相加。加得的結(jié)果如果比105大,就除以105,所得的余數(shù)就是滿足題目要求的最小正整數(shù)解。
按這四句口訣暗示的方法計(jì)算韓信點(diǎn)的這隊(duì)士兵的人數(shù)可得:
70×2+21×3+15×4=263,
263=2×105+53,
所以,這隊(duì)士兵至少有53人。
在這種方法里,我們看到:70、21、15這三個(gè)數(shù)很重要,稍加研究,可以發(fā)現(xiàn)它們的特點(diǎn)是:
70是5與7的倍數(shù),而用3除余1;
21是3與7的倍數(shù),而用5除余1;
15是3與5的倍數(shù),而用7除余1。
因而
70×2是5與7的倍數(shù),用3除余2;
21×3是3與7的倍數(shù),用5除余3;
15×4是3與5的倍數(shù),用7除余4。
如果一個(gè)數(shù)以a余數(shù)為b,那么給這個(gè)數(shù)加上a的一個(gè)倍數(shù)以后再除以a,余數(shù)仍然是b。所以,把70×2、21×3與15×4都加起來所得的結(jié)果能同時(shí)滿足"3除余2、用5除余3、用7除余4"的要求。一般地,
70m+21n+15k (1≤m<3, 1≤n<5,1≤k<7)
能同時(shí)滿足"用3除余m 、用5除余n 、用7除余k "的要求。除以105取余數(shù),是為了求合乎題意的最小正整數(shù)解。
我們已經(jīng)知道了70、21、15這三個(gè)數(shù)的性質(zhì)和用處,那么,是怎么把它們找到的呢?要是換了一個(gè)題目,三個(gè)除數(shù)不再是3、5、7,應(yīng)該怎樣去求出類似的有用的數(shù)呢?
為了求出是5與7的倍數(shù)而用3除余1的數(shù),我們看看5與7的最小公倍數(shù)是否合乎要求。5與7的最小公倍數(shù)是5×7=35,35除以3余2,35的2倍除以3余2,35的2倍除以3就能余1了,于是我們得到了"三人同行七十稀"。
為了求出是3與7的倍數(shù)而用5除余1的數(shù),我們看看3與7的最小公倍數(shù)是否合乎要求。3與7的最小公倍數(shù)是3×7=21,21除以5恰好余1,于是我們得到了"五樹梅花甘一枝"。
為了求出是3與5的倍數(shù)而用7除余1的數(shù),我們看看3與5的最小公倍數(shù)是否合乎要求。3與5的最小公倍數(shù)是3×5=15,15除以7恰好余1,因而我們得到了"七子團(tuán)圓正半月"。
3、5、7的最小公倍數(shù)是105,所以"除百零五便得知"。
依照上面的思路,我們可以舉一反三。
例如:試求一數(shù),使之用4除余3,用5除余2,用7除余5。
解 我們先求是5與7的倍數(shù)而用4除余1的數(shù);5與7的最小公倍數(shù)是5×7=35,35除以4余3,3×3除以4余1,因而35×3=105除以4余1,105是5與7的倍數(shù)而用4除余1的數(shù)。
我們?cè)偾?與7的倍數(shù)而用5除余1的數(shù);4與7的最小公倍數(shù)是4×7=28,28除以5余3,3×7除以5余1,因而28×7=196除余5余1,所以196是4與7的倍數(shù)而用5除余1的數(shù)。
最后求是4與5的倍數(shù)而用7除余1的數(shù):4與5的最小公倍數(shù)是4×5=20,20除以7余6,6×6除以7余1,因而20×6=120除以7余1,所以120是4與5的倍數(shù)而用7除余1的數(shù)。
利用105、196、120這三個(gè)數(shù)可以求出符合題目要求的解:
105×3+196×2+120×5=1307。
由于4、5、7的最小公倍數(shù)是4×5×7=140,1307大于140,所以1307不是合乎題目要求的最小的解。用1037除以140得到的余數(shù)是47,47是合乎題目的最小的正整數(shù)解。
一般地,
105m+196n+120k (1≤m<4,1≤n<5,1≤k<7)
是用4除余m,用5除余n,用7除余k的數(shù);( 105m+196n+120k)除以140所得的余數(shù)是滿足上面三個(gè)條件的最小的正數(shù)。
上面我們是為了寫出105m+196n+120k這個(gè)一般表達(dá)式才求出了105這個(gè)特征數(shù)。如果只是為了解答我們這個(gè)具體的例題,由于5×7=35既是5與7的倍數(shù)除以4又余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(shù)。
1027=7×140+47,
由此也可以得出符合題意的最小正整數(shù)解47。
《算法統(tǒng)宗》中把在以3、5、7為除數(shù)的"物不知其數(shù)"問題中起重要作用的70、21、15這幾個(gè)特征數(shù)用幾句口訣表達(dá)出來了,我們也可以把在以4、5、7為除數(shù)的問題中起重要作用的105、196、120這幾個(gè)特征數(shù)編為口訣。留給讀者自己去編吧。
凡是三個(gè)除數(shù)兩兩互質(zhì)的情況,都可以用上面的方法求解。
上面的方法所依據(jù)的理論,在中國稱之為孫子定理,國外的書籍稱之為中國剩余定理
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