智慧之光:陈景润解“百鸡问题”
智慧之光:陈景润解“百鸡问题”
开场故事:百鸡问题
在我国南北朝时期,北方出了一个神童,叫张丘建,他的计算能力超群,远近闻名。
一个官老爷想考考张丘建,就把张丘建的父亲叫去,命令他拿100文钱,去买100只鸡来。当时的鸡的价钱是公鸡五文钱一只,母鸡三文钱一只,小鸡一文钱可买三只。
父亲知道这是官老爷有意出的难题,可他左思右想,就是想不出一个办法来,急得像热锅上的蚂蚁,唉声叹气,愁眉苦脸。张丘建知道了,认真地思索一会儿,就叫父亲买4只公鸡,18只母鸡和78只小鸡送去。
父亲一算,果然正好,百钱百鸡!
于是,他买好了鸡,高高兴兴送到了官府。
不料官老爷又出新招:仍给他100文钱,要他再买100只鸡。不过,这回公鸡多少不限,就是不准买4只!
这下父亲又犯了愁。好在儿子又想出了办法:买8只公鸡,11只母鸡和81只小鸡,仍然是百钱百鸡。
父亲又高高兴兴地将鸡送去,心想,这一回总该了结了!
官老爷清点了鸡数,又计算了一下钱数,果然又是正好!他高兴得哈哈大笑。:“真聪明!会办事!再给你100文钱,再给我去买100只鸡。只是公鸡,母鸡和小鸡的数目不能和前两次相同。”
父亲真是哭笑不得,只得又垂头丧气地回家,将情况一五一十地告诉了儿子。
这次仍然没有难倒张丘建,他告诉父亲:只要买12只公鸡,4只母鸡和84只小鸡就可以了!这就是历史上有名的“百钱百鸡”问题。它的解题奥妙是:
4只公鸡钱 3只小鸡钱=7只母鸡钱=21文,因此,若少买7只母鸡,余下的钱就可以买4只公鸡和3只小鸡。这样,百鸡仍是百鸡,百钱仍是百钱。所以,只要求出一个答案,不管对方怎样要求,只要按上面的等式调整鸡的只数就可以求出其他的答案了。
陈景润的解法
陈景润(1933~1996)是我国著名数学家,他在数论的重要经典问题——哥德巴赫猜想的研究上取得了举世瞩目的成果。他证明了“陈氏(1 2)定理”,即《大偶数可表为一个素数与一个不超过两个素数乘积之和》,被世界上公认为是筛法的“光辉顶峰”。1978年他为“具有初中、高中程度的同志们”写了一本《初等数论》,目的为辅导大家读点数论书。浅显易懂地讲述数论问题是一件不容易的事,再由浅入深就更难了,特别是把一些重要的数学思想在“不知不觉”中平铺直叙,把你从“山重水复”引向“柳暗花明”。这种立足当前,放眼长远的手法,非常人容易做到的。读他的书,一定要好好消化,切勿“入宝山而空返”。
陈的解法是这样的:
设x,y,z分别代表鸡翁,鸡母,鸡雏的数目,则有
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为了求这个方程的解,先求方程
7s+4t=1 (35-8)
的解。
因为1=4-3=4-(7-4)=-7+4×2
即s=-1,t=2是方程(35-8)的一组解。
注意:这样一个特殊的转换却蕴含了一个极为重要的“求一”思想,请读者把它和更相减损法和“物不知数”题联系起来,深入地思考一下。令x=100s,y=100t,则
7x+4y=100(7s+4t)=100
故x=-100,y=200是方程(35-7)的一个整数解。我们可以证明,方程(35-7)的一切解都可以表示为
x=-100-4t,y=200 7t,(t=0,±1,±2,···)(35-9)
由于x,y代表鸡翁,鸡母的个数,所以,x≥0,y≥0,代入(35-9)式,解得
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因为t是整数,故t=-28、-27、-26、-25和z=3t。这样就得到下面的四组解:
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陈景润从“1”突破,体现“求一”思想,也是我国古代数学家处理这类问题的基本思想,后面我们将进行具体的说明。
陈景润的解法来自:
《中国古算解趣》,科学出版社,2004年第一版,2005年印刷,作者:郁祖权,中学数学特级教师。