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(一)“韩信点兵多多益善”的故事
韩信是汉高祖刘邦手下的大将,他英勇善战,智谋超,为汉朝建立了卓绝的功劳。汉高祖刘邦曾问大将韩信:“你看
我能带多少兵?”韩信斜了刘邦一眼说:“你顶多能带十万兵
吧!”汉高祖心中有三分不悦,心想:你竟敢小看我!“那你呢?”
韩信傲气十足地说:“我呀,当然是多多益善啰!”刘邦心中又添了三分不高兴,勉强说:“将军如此大才,我很佩服。现在,我有一个小小的问题向将军请教,凭将军的大才,答起来一定不费吹灰之力的。”韩信满不在乎地说:“可以可以。”刘邦狡黠地一笑,传令叫来一小队士兵隔墙站队,刘邦发令:“每三人站成一排。”队站好后,小队长进来报告最后一排的人数。”“刘邦又传令:“每五人站成一排。”小队长再次报告最后一排的人数。刘邦再传令:“每七人站成一排。”小队长又报告最后一排的人数。刘邦转脸问韩信:“敢问将军,这队士兵有多少人?”韩信脱口而出说出答案。
(二)一道古题引发的数学之旅
血糖高的人吃什么食物好
中国古代数学名著《孙子算经》中,有一条非常有趣的题目。这道古题流传了几千年,广泛应用于天文、历法、军事、工程等领域,在我国几乎家喻户晓,它就是“物不知数”。
事情还要从1980年说起。张春荣是长子县大堡头镇老马沟村一位普通农民,一次搬家,他偶然得到了一本小学奥数读物《有趣的数学》,闲来无事翻翻,翻到了一个叫做“物不知数”的古题:今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩四。问物至少几何?
“物不知数”顿时让张春荣产生了浓厚的兴趣,他自幼爱好数学,做过大队会计,以为这道题目自然不在话下。可是事与愿违,他算出来的答案却与书中不符,经过反复验算,他确定书上的算法有问题。
凭着一股子执拗劲,张春荣写信给中国青少年出版社,指出书中的问题所在。信发出后杳无音信,但张春荣对数学的热情却仿佛被什么点燃了,一发不可收拾。
命运仿佛安排好在那一天改变张春荣的人生。从那天起,对解法的质疑始终留在他的心里,于是,他把所有的业余时间和精力都拿来对题目进行重新诠释。
后来近30年中,他几乎将所有的业余时间都献给了这道著名的数学题,终于在古稀之年,演算出了孙子定理另一种更为简便、容易普及的方法。
数学王国的神奇之处在于,表面看似简单的东西,往往都是最复杂的。在哥德巴赫猜想深入人心的今
天,人人都明白,1+1的意义远远大于任何一串震撼人心的天文数字。
同样的道理还适用于这道题目,这道少年读物上的题目运用的原理其实是数学领域内的专门人才才会接触到的高深理论,但折射在这里,却仅仅是几个简单到不能再简单的数字。韩信点兵多多益善
毫米换米(三)“韩信点兵”的秘诀
“韩信点兵”的秘诀是借助了一首歌诀,在我国古代著名的数学书《孙子算经》就有记载。我国古代许多数学家对这样的问题进行了研究,并把它的解法写成歌诀:
三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,七子团圆月正半,除百零五便得知。这首诗的大体意思是三个人一起行走七十岁的人已经很少了,五棵梅花树一共有二十一枝,七个儿子在正月十五的时候团圆,减去105的倍数就会得到结果。这首诗中出现了很关键的几个数:3对应着70,5对应着21,7对应着15,最后是105。
其实歌诀中的每一句话都指出一步解法:“三人同行七十稀”是指除以3所得的余数去乘70。“五树梅花廿一枝”是指除以5所得的余数去乘21。“七子团圆月正半。”是指除以7所得的余数去乘15。“除百零五便得知”是指把上面算得的积相加,和如果超过105则减去105的倍数,就得到答案。
按照歌诀的方法,解答刚才那道题列式应是:
70×2+21×3+15×4=263
263—105=158《老子》全文
158—105=53
因为70是5和7的公倍数,而且除以3余1;21是3和7的公倍数,而且除以5余1;15是3和5的公倍数,而且除以7余1。把70、21、15这三个数分别乘原数除以3的余数、除以5的余数、除以7的余数,三个积的和肯定合乎题意,但不一定是最小。由于105是3、5、7的最小公倍数,去掉105的倍数,那么剩下的数一定合乎题意了。
这种解题方法,是中国人最早发现,外国人觉得特别神奇,所以被世界公认为“中国剩余定理”。
(四)阿胶枣的功效与作用
中国剩余定理又称为孙子定理,它的数学思想在近代数学中占有非常重要的地位,但真正从完整的计算程序和理论上解决这个问题的是南宋数学家秦九韶,他在《数学九章》中提出了一个数学方法,称之为“大衍求一术”。
古代的印度数学家也考虑类似的“孙子问题”,欧洲在1202年出的意大利数学家斐波那契的《算法之书》
也有过类似问题,1852年,英国基督教士将《孙子算经》中的“物不知其数”的解法传到欧洲。1874年,德国人马蒂指出:孙子的解法与高斯的解法完全一致。而高斯的解法晚了一千五百多年,从此,中国古代数学的这一创造逐渐受到世界学者的瞩目,并在西方数学史著作中正式被称为“中国剩余定理”或“孙子定理”。
中国剩余定理是我国古代数学家为世界数学发展作出的巨大贡献,在数论中占有重要的低位,在近代数学、计算机编码、计算机网络和电子商务、密码学研究中都有着广泛的应用,现代密码的解密和保密算法都需要中国剩余定理。现在,科学家们还利用剩余定理在商品的流通和防伪管理中运用密码技术,并集成到企业信息管理系统中。下面具体举一些生活中的例子:
1.在日常生活中我们所注意到的不是某些数,而是这些数除某一固定的数所得到的余数。例如:假定现在是早上10点,在两个小时前是几点?我们立刻可得到正确答案是早上八点,那么过了13个小时后又是几点呢?算式为10+13-12=11,即晚上11点;在28个小时后手表的时针又是什么情况呢?算式为(10+28)-(12×3)=2即是两点。
2.某单位有100把锁,分别编号为1、2、3、……、100.。现在要对钥匙编号,使外单位的人看不懂,而本单位的人一看见锁的号码就知道该用哪把钥匙。
能采用的方法很多,其中一种就是利用中国剩余定理,把锁的号码被3、5、7去除所得的三个余数来作
钥匙的号码(首位余数是0时,也不能省略)。
这样每把钥匙都有一个三位数编号。
例如23号锁的钥匙编号是232,52号锁的钥匙编号是123,8号锁—231,19号锁—145.因为只有100把锁,不超过105,所以锁的号与钥匙的号是一一对应的。
既怎么读如果希望保密性再强一点儿,则可以把刚才所说的钥匙编号加上一个固定的数作为新的钥匙编号系统。甚至可以每过一个月更换一次这个数。这样,仍不破坏锁的号与钥匙的号之间的一一对应,而外人就更难知道了。
(五)迷信的渔夫
渔夫从海上打了大约400条鱼,回家后他发现无论如何分装这些鱼都缺一条:他把鱼每两条装一个袋子,结果缺一条;每三条装一个袋子,还是缺一条;每四条、5条、6条、7条装,都统统缺一条。渔夫感到非常苦恼,他苦恼不仅仅是因为鱼无论怎么分都分不好,更糟糕的是他觉得总是少一条鱼非常不吉利。于是,他决定这个丰产的季节不再出海。渔夫的妻子见丈夫如此迷信,便偷偷到市场上买了一条鱼放到丈夫打的鱼堆中,然后要求丈夫再分一遍。这次,无论渔夫按照每个袋子放2条、3条……还是7条,都能恰好把鱼分完,他第二天一早便高高兴兴地出海了。你知道渔夫原本打了多少鱼吗?