秦王暗點兵
秦王暗點兵
"秦王暗點兵"這一名詞,首見於楊輝《續古摘奇演演算法》(1725年)卷上,與“韓信亂點兵”即孫子的“物不知其數”,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《孫子算經卷下》。
國外稱此類問題及其解法為"中國剩餘定理".這類問題,,頗具猜謎味道,很有趣味,解法巧妙,在我國民間流傳很廣。
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,三人一組余兩人,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。
"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。
在這種方法里,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。
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