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第24章 数学教学的趣味故事推荐(19)

131.韩信点兵

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:“最后一排只有二人。”“刘邦又传令:“每五人站成一排。”小队长报告:“最后一排只有三人。”刘邦再传令:“每七人站成一排。”小队长报告:“最后一排只有二人。”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:“二十三人。”刘邦大惊,心中的不快已增至十分,心想:“此人本事太大,我得想法找个岔子把他杀掉,免生后患。”一面则佯装笑脸夸了几句,并问:“你是怎样算的?”韩信说:“臣幼得黄石公传授《孙子算经》,这孙子乃鬼谷子的弟子,算经中载有此题之算法,口诀是:

三人同行七十稀,

五树梅花开一枝,

七子团圆正月半,

除百零五便得知。”

刘邦出的这道题,可用现代语言这样表述:

“一个正整数,被3除时余2,被5除时余3,被7除时余2,如果这数不超过100,求这个数。”

《孙子算经》中给出这类问题的解法:“三三数之剩二,则置一百四十;五五数之剩三,置六十三;七七数之剩二,置三十;并之得二百三十三,以二百一十减之,即得。凡三三数之剩一,则置七十;五五数之剩一,则置二十一;七七数之剩一,则置十五,一百六以上,以一百五减之,即得。”用现代语言说明这个解法就是:

首先找出能被5与7整除而被3除余1的数70,被3与7整除而被5除余1的数21,被3与5整除而被7除余1的数15。

所求数被3除余2,则取数70×2=140,140是被5与7整除而被3除余2的数。

所求数被5除余3,则取数21×3=63,63是被3与7整除而被5除余3的数。

所求数被7除余2,则取数15×2=30,30是被3与5整除而被7除余2的数。

又,140+63+30=233,由于63与30都能被3整除,故233与140这两数被3除的余数相同,都是余2,同理233与63这两数被5除的余数相同,都是3,233与30被7除的余数相同,都是2。所以233是满足题目要求的一个数。

而3、5、7的最小公倍数是105,故233加减105的整数倍后被3、5、7除的余数不会变,从而所得的数都能满足题目的要求。由于所求仅是一小队士兵的人数,这意味着人数不超过100,所以用233减去105的2倍得23即是所求。

这个算法在我国有许多名称,如“韩信点兵”,“鬼谷算”,“隔墙算”,“剪管术”,“神奇妙算”等等,题目与解法都载于我国古代重要的数学着作《孙子算经》中。一般认为这是三国或晋时的着作,比刘邦生活的年代要晚近五百年,算法口诀诗则载于明朝程大位的《算法统宗》,诗中数字隐含的口诀前面已经解释了。宋朝的数学家秦九韶把这个问题推广,并把解法称之为“大衍求一术”,这个解法传到西方后,被称为“孙子定理”或“中国剩余定理”。而韩信,则终于被刘邦的妻子吕后诛杀于未央宫。

请你试一试,用刚才的方法解下面这题:

一个数在200与400之间,它被3除余2,被7除余3,被8除余5,求该数。

(解:112×2+120×3+105×5+168k,取k=-5得该数为269。)

什么叫做“韩信点兵”?

韩信点兵是一个有趣的猜数游戏。如果你随便拿一把蚕豆(数目约在100粒左右),先3粒3粒地数,直到不满3粒时,把余数记下来;第二次再5粒5粒地数,最后把余数记下来;第三次是7粒一数,把余数记下来。然后根据每次的余数,就可以知道你原来拿了多少粒蚕豆了。不信的话,你还可以实地试验一下。例如,假如3粒一数余1粒,5粒一数余2粒,7粒一数余2粒,那么,原有蚕豆有多少粒呢?

这类题目看起来是很难计算的,可是我国有时候却流传着一种算法,综的名称也很多,宋朝周密叫它“鬼谷算”,又名“隔墙算”;杨辉叫它“剪管术”;而比较通行的名称是“韩信点兵”。最初记述这类算法的是一本名叫《孙子算经》的书,后来在宋朝经过数学家秦九韶的推广,又发现了一种算法,叫做“大衍求一术”。这在数学史上是极有名的问题,外国人一般把它称为“中国剩余定理”。至于它的算法,在《孙子算经》上就已经有了说明,而且后来还流传着这么一道歌诀:

三人同行七十稀,

五树梅花廿一枝,

七子团圆正半月,

除百零五便得知。

这就是韩信点兵的计算方法,它的意思是:凡是用3个一数剩下的余数,将它用70去乘(因为70是5与7的倍数,而又是以3去除余1的数);5个一数剩下的余数,将它用21去乘(因为21是3与7的倍数,又是以5去除余1的数);7个一数剩下的余数,将它用15去乘(因为15是3与5的倍数,又是以7去除余1的数),将这些数加起来,若超过105,就减掉105,如果剩下来的数目还是比105大,就再减去105,直到得数比105小为止。这样,所得的数就是原来的数了。根据这个道理,你可以很容易地把前面的五个题目列成算式:

1×70+2×21+2×15-105

=142-105

=37

因此,你可以知道,原来这一堆蚕豆有37粒。

1900年,德国大数学家大卫·希尔伯特归纳了当时世界上尚未解决的最困难的23个难题。后来,其中的第十问题在70年代被解决了,这是近代数学的五个重大成就。据证明人说,在解决问题的过程中,他是受到了“中国剩余定理”的启发的。

132.大1和小1

很久很久以前的一天,天空突然一片漆黑,乌云滚滚,雷声大作,闪电不断。

“哗哗——”一场大雨从天而降,一条条笔直笔直的雨水落下来,不知什么时候,一条条直直的雨水变成了一个个欢蹦乱跳的1字。

小1们笑着、跳着、跑着,你看看我,我看看你,都是笔直笔直的、细细条条的,身体苗条极了。

“哈哈,你是1!”

“我是1!”

“我们都是1!”

他们说着、跑着,相互手拉着手。

突然,两个手拉手的小1变成了“2”,3个手拉手的小1变成了“3”,4个手拉手的小1变成了“4”……1字的队伍真长啊!

太壮观啦!数不清的1,数不清的数字,倾刻间,这里变成了数字的海洋。

“轰隆隆——”一阵巨响,一个大雷迎面劈来,一个巨大的声音在空中响起。只见一个小1字站在数字中央,高声地说:“1字兄弟们,我们今天大聚会,大家`知道,世界上的数都是从我们1开始的,一个个1合起来,就变成了成千上万的数。我们大家要记住,从1开始,1、2、3、4……可以无限地排列下去,形成一个有头无尾的数字大军。大家尽情地唱吧、跳吧!”数字海洋一片欢腾。

“呜——”一阵狂风吹来,不好了!大风一下子把许许多多的数字卷走了。

“不好了!我们快躲开!”小1大声呼喊。

可是,已经来不及了,小1被大风卷到了天上。

小1字被大风卷上了天。他在空中翻了无数个跟头,头昏眼花,完全推动了知觉,摇摇晃晃从空中直往下落,危险!眼看小1字要摔下地了,说时迟,那时快,远处忽然飘来一朵白云,轻轻托住了小1字。

小1字躺在白云的怀抱里,慢慢苏醒过来,他睁开眼睛向下看:“这是什么地方?”

白云边往下落,边轻声地说:“这是一座美丽的数字城。”

“啊,数字城,真漂亮!”

放眼一看,只见:

“1”字大厦笔直的、高高插入云霄,那是数字城最高的大楼;

“2”字宫殿像一只小鸭子浮在水面上;

“3”字商场仿佛是只招风的大耳朵,倾听着最美妙的音乐;

“4”字大楼一幢接一幢,好似五彩缤纷的旗帜迎风招展;

“5”字写字楼住的都是商人,设计师把它巧妙地设计成“秤钩”形状;

住着体育裁判的“6”字体育馆被设计成“哨子”的样子;

那像把“镰刀”的建筑“7”是为搬进城市的家书伯伯们盖的;

“8”字楼建筑得像个宝葫芦,是为最有学问的老师和科学家们设计的;

那高高大大像个捉飞蛾大网兜的是“9”字建筑,是有名的五星级大饭店。

啊!数字城这么迷人,小1字简直看呆了。

这时,从“1”字大厦里走出来许多“1”字,他们排成长队,手拉手,唱着数字歌。

1字像个小棒头,2像小鸭水中游;

3像一只大耳朵,4像小旗迎风飘;

5字像个小秤钩,6字像只小口哨;

7像镰刀握在手,8字像个宝葫芦;

9像一只小网兜,数字城里学问多。

小1字听着听着,突然,猛的一下子站立起来。

不好!白云一不留神,让小1字笔直地掉下来……

小1字一直往下掉,掉呀,掉呀。

噢,小1字居然落在了一棵大白菜的身上,白菜姐姐用两片大叶子把小1字抱进怀里。

小1字慢慢地睁开眼,看到四周全是种的白菜:“哈,真新鲜,这个菜园多像一个大棋盘!”他再仔细一看,哇,棋盘的每个格子里白菜的数目还不一样呢。你瞧:

白菜姐姐热心地说:“这是我们数字迷宫菜园,你愿意进去看看吗?在那里,你会见到你的许多数字兄弟!”

“好!我马上就去!”小1字急着就要出发。

“你别着急呀,这个数字迷宫里的谜很多,你一定要按从‘1’到‘10’的顺序走,才能顺利地走出去。走的时候,只能横着或竖着走,不能斜着走,否则就会掉到陷阱里!”白菜姐姐耐心地解释着。

小1字高兴地说:“我会的。”说完就去找“1”字白菜。正巧,他的旁边就是2个“2”字白菜,可是,是横着向右走呢,还是竖着向下走呢?小1字犹豫了,不知如何是好。

白菜姐姐指点他:“你不要急着走,要先观察一下,找好通道再行动。”

小1字听了,就认真地观察起来。他先找了一条通道:从“1”向下走到“2”,再向下到“3”,向右到“4”,向下到“5”,向左到“6”,不好,到了“6”,下面是“8”,这是陷阱,不能走!

于是,小1字只好再观察第二条线路:从“1”向右到“2”、“3”、“4”,向下到“5”,再向下到“6”,咦,不好,“6”的左边和下边都有“7”,向左还是向下呢?如果向左到了“7”以后,“7”的周围没有“8”,又不行了;如果向下呢,到“7”以后,再向右到“8”,“8”向下到“9”,“9”向下到“10”。哈哈,找对了!小1字开心极了,他顺着这条通道走出了数字迷宫菜园。

“不许动!”一个黑影拦住了小1字的去路。发生了什么事情?

小1字抬头一看,站在面前的是两个高高大大的“1”字,他们不由分说,一左一右把小1字的眼睛用黑布蒙上,押上了一辆大汽车。

“呜——”汽车开了好久好久,小1字被带进一个很大的院子。

取下黑布,小1字睁开眼,揉了揉眼睛,看了看四周。啊,这么多的数字啊,整个院子都挤满了。

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