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一年級趣味數學: 秦王暗點兵(二)

來源:轉載 2008-03-19 09:56:33

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   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《算法統宗》(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,使之小于105;這相當于用105去除,求出余數。

   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除的余數,用21乘以用5除的余數,用15乘以用7除的余數,然后把這三個乘積相加。加得的結果如果比105大,就除以105,所得的余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除余1;

      21是3與7的倍數,而用5除余1;

      15是3與5的倍數,而用7除余1。

因而

      70×2是5與7的倍數,用3除余2;

      21×3是3與7的倍數,用5除余3;

      15×4是3與5的倍數,用7除余4。

   如果一個數以a余數為b,那么給這個數加上a的一個倍數以后再除以a,余數仍然是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"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,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,那么,是怎么把它們找到的呢?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除余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的倍數而用5除余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的倍數而用7除余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恰好余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"。

   依照上面的思路,我們可以舉一反三。

   例如:試求一數,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的倍數而用4除余1的數;5與7的最小公倍數是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的倍數而用4除余1的數。

   我們再求4與7的倍數而用5除余1的數;4與7的最小公倍數是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的倍數而用5除余1的數。

   最后求是4與5的倍數而用7除余1的數:4與5的最小公倍數是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的倍數而用7除余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。

   由于4、5、7的最小公倍數是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除余m,用5除余n,用7除余k的數;( 105m+196n+120k)除以140所得的余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這個一般表達式才求出了105這個特征數。如果只是為了解答我們這個具體的例題,由于5×7=35既是5與7的倍數除以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。

             1027=7×140+47,

由此也可以得出符合題意的最小正整數解47。

   《算法統宗》中把在以3、5、7為除數的"物不知其數"問題中起重要作用的70、21、15這幾個特征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這幾個特征數編為口訣。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余定理

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