秦王暗點兵

秦王暗點兵

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。

基本介紹

  • 中文名:秦王暗點兵
  • 實質:物不知其數問題
  • 實際:孫子定理
  • 又稱:中國剩餘定理
典故,解法,舉一反三,問題,解法1,解法2,解法3:古人智慧,

典故

秦王是指李世民李淵稱帝後分封他為秦王。所謂暗點兵,便是無論多少兵馬,只須按陣排列,大將默察陣勢,瞬息間便知數目。

解法

這個問題很簡單:用3除餘2,用7除也餘2,所以用3與7的最低公倍數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,問題就不那么簡單了,也更有趣得多。

舉一反三

問題

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?

解法1

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。

解法2

我們設至少有n個人
依題意得 n用3除餘2,用5除餘3,用7除餘4
則 2n用3除餘1,用5除餘1,用7除餘1(2*2除以3餘1,3*2除以5餘1,4*2除以7餘1)
所以我們求3、5、7的最低公倍數-----105
又因為2n會餘1 所以2n=105+1=106
所以n=106/2=53
(是不是比解法1簡單多了)

解法3:古人智慧

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,五樹梅花廿一枝,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。
在這種方法裡,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。
若一個數除以a余b,這個數加上a的倍數再除以a餘數仍然為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除餘2、用5除餘3、用7除餘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取餘數,是為了求合乎題意的最小正整數解。
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餘定理。

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