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第3章 雉兔同笼

导语:

《孙子算经》被誉为中国古代数学的三部经典之一,它收录了诸如“雉兔同笼”、“物不知数”、“三女归宁”等一系列千古流芳的名题,并为这些题目提供了巧妙的解答方法。这一次,就让我们从这些名题开始,重拾《孙子算经》遗留给我们的智慧宝藏。

“原题”

今有雉、兔同笼,上有三十五头,下九十四足。问雉、兔各几何?(选自《孙子算经》31卷下)

“译文”

现有若干只鸡、兔被关在同在一个笼子里。上有35个头,下有94只脚。问鸡、兔各有多少只?

“解答”

《孙子算经》针对这一题做出了非常巧妙的解答“术曰:上置头,下置足。半其足,以头除足,以足除头,即得。”把这一解法列成算式即是:兔子的只数=94÷2-35=12只,再用35-12=23只,即求出了鸡的数量。

这一解法的巧妙之处即在于它假设了一种特殊的情况——鸡、兔的脚数都减少一半,也就是想象每只鸡都“金鸡独立”,而每只兔子都抬起2只前爪。这样,地面上出现脚总数的一半,也就是94÷2=47.如果我们把47看做两种动物的头数,那么鸡的头数算了一次,而兔子的头数却算了两次,因为当鸡抬起一只脚,它的脚数与头数相等,而当兔子抬起前主爪之后,脚数却为头数的两倍,也就是说,每有一只兔子,(一半的)脚数便要比头数多1.因此从47中减去总头数35,得到的是兔子头数。再用总头数减去刚刚算出的兔子的数量,便得出了鸡的数量。

假设一种特殊情景,只通过一次除法和两步减法便得出所求,方法的确非常明了、简单。只不过这种解法推广的可能性比较小,因为“抬腿法”更适合鸡、兔这种脚数与头数呈现特定比例关系的动物,对于一般性的事物,我们可以用一种更普遍的解法。

还是雉兔同笼这道题,如果假设35只都是兔子,那么就有4×35只脚,比94只脚多:

35×4-94=46只

因为每只鸡比兔子少4-2只脚,所以共有鸡:

(35×4-94)÷(4-2)=23只

说明我们设想的35只“兔子”中有23只不是兔子,而是鸡。因此兔子的真正数目是35-23=12只。

当然,我们也可以设想35只都是“鸡”,那么共有脚2×35=70(只),比94只脚少:

94-70=24只

每只鸡比每只兔子少4-2只脚,所以共有兔子:

(94-2×35)÷(4-2)=12只

说明设想中的“鸡”中有12只不是鸡,而是兔子。鸡的真实数目是35-12=23只。

因此,这个笼子中共有23只鸡,12只兔。

1.哪吒战夜叉

“原题”

八臂一头号夜叉,三头六臂是哪吒,两处争强来斗胜,不相胜负正交加。三十六头齐出动,一百八手乱相抓。旁边看者殷勤问,几个哪吒几夜叉?(选自《九章算法比类大全》)

“译文”

3头6臂的哪吒与1头8臂的夜叉展开大战,因各怀法术、实力相当,所以战场形势异常紧张,开战不多时战场已是浓烟滚滚,旁观者再难分清哪个是哪吒、哪个是夜叉,只看到36个头攒动,108只手在挥舞,试问这场混战中有多少个哪吒,多少个夜叉?

“解答”

我们可以设想36个头都是夜叉的,那么,一共应该有手臂36×8=288只,比108只多:

288-108=180只

这多出来的180条手臂来自哪里呢?这个差值来自我们按照夜叉的头、臂比例计算了哪吒的手臂数。因为我们假设混战中所有的头都是夜叉的,我们也就默认了“头:臂=1:8”这个比例,按照这种比例,计算出一个哪吒有3×8=24条手臂,而每个哪吒本应该有6条手臂,比本应有的手臂数多了24-6=18只。

所以共有哪吒:

(36×8-108)÷(24-6)=10个

这说明我们设想的“夜叉的头”中有10×3个不是夜叉的,而是哪吒的。因此夜叉的真实数目是:

36-10×3=6个

因此,这场混战中共有10个哪吒,6个夜叉。

你也可以假设所有的头都是哪吒的,这样一共应该有36÷3×6=72只胳膊。比108只胳膊少了:

108-72=36只

这少了的36条胳膊来自于夜叉——我们按照哪吒的头、臂比例计算了夜叉的手臂数量。对于哪吒来说,头:臂=1:2(3头6臂),按照这一比例,一只夜叉应该有2只胳膊,但事实情况是一个夜叉有8只胳膊。因此,每个夜叉少了8-2=6只胳膊。所以,一共有夜叉:

(108-36÷3×6)÷(8-2)=6个

这说明我们设想的“哪吒的头”中有6个不是哪吒的,而是夜叉的。因此夜叉的实际数目是:

(36-6)÷3=10个

想一想还有没有其他解法。提示,可以从108只手臂入手假设。

2.三足鱼和六眼龟

“原题”

三足团鱼六眼龟,共同山下一深池,九十三足乱浮水,一百二眼将人窥,或出没,往东西,倚栏观看不能知。有人算得无差错,好酒量斟赠数杯。(选自《算法统宗》)

“译文”

山下深潭中,三足团鱼和六眼龟正在戏水。一共有93只脚,102只眼,问各有团鱼、六眼龟多少只?

“解答”

我们可以设想102只眼睛都是团鱼的,那么,一共应该有脚102÷2×3=153只,比93只多:

153-93=60只

这多出来的60只脚来自六眼龟。我们按照三足团鱼的眼、足比例计算了六眼龟的脚数。三足团鱼的眼、足比例是“眼:足=2:3”,按照这种比例,计算出每只六眼龟有6×3÷2=9只脚,而事实上每只六眼龟应该有4只脚,设想比实际多了9-4=5只脚。

所以共有六眼龟:

60÷5=12只

这说明我们设想的“团鱼的眼睛”中有12×6=72只不是团鱼的,而是六眼龟的。由此可知,三足团鱼的真实数目是:

(102-72)÷2=15只

因此,潭中共有三足团鱼15只,六眼龟12只。

你也可以设想102只眼睛都是六眼龟的,那么,一共应该有脚102÷6×4=68只,比93只少:

93-68=25只

这少了的25只眼睛来自三足团鱼。我们按照六眼龟的眼、足比例计算了三足团鱼的脚数。六眼龟的眼、足比例是“眼:足=3:2”,按照这种比例,计算出每只团鱼应该有2×2÷3=()只脚,而事实上每只团鱼应该有3只脚,少了3-()=()只脚。

所以共有三足团鱼:

25÷()=15只

这说明我们设想的“六眼龟的眼睛”中有2×15=30只不是六眼龟的,而是团鱼的。由此可知,六眼龟的真正数目是:

(102-30)÷6=12只

想一想还有没有其他解法。提示,可以从93只脚入手假设。

3.李老师买笔

李老师到文具店买圆珠笔,红笔每支1.9元,蓝笔每支1.1元,两种圆珠笔共买了16支,花了28元。问红、蓝笔各买了几支?

以“角”作单位:

红笔数量:(280-11×16)÷(19-11)=13支

蓝笔数量:16-13=3支

因此,李老师买了13支红笔,3支蓝笔。

4.二人打字

一份稿件,甲单独打字需6小时完成。乙单独打字需10小时完成,现在甲单独打若干小时后,因有事由乙接着打完,共用了7小时。甲打字用了多少小时?

我们把这份稿件平均分成30份(30是6和10的最小公倍数),甲每小时打30÷6=5份,乙每小时打30÷10=3份。

根据前面的公式,

甲打字用时:(30-3×7)÷(5-3)=4.5小时

乙打字用时:7-4.5=2.5小时

因此,这道题的答案是4.5小时。

5.蜘蛛、蜻蜓和蝉

蜘蛛有8条腿,蜻蜓有6条腿和2对翅膀,蝉有6条腿和1对翅膀。现在这三种小虫共18只,有118条腿和20对翅膀。每种小虫各有几只?

因为蜻蜓和蝉都有6条腿,所以从腿的数目来考虑,可以把小虫分成“8条腿”与“6条腿”两种,利用公式就可知8条腿的蜘蛛有:(118-6×18)÷(8-6)=5只,则6条腿的小虫有:

18-5=13只

也就是蜻蜓和蝉共有13只。因为它们共有20对翅膀,再利用一次公式。

蝉的数量:(13×2-20)÷(2-1)=6只

蜻蜓的数量:13-6=7只

因此,有5只蜘蛛,7只蜻蜓,6只蝉。

1.雉兔同笼2

若干只鸡、兔在同一个笼中,它们的头数相等,脚一共有90只。鸡、兔各有几只?

因为鸡、兔头数相等,因此可以把1只鸡和1只兔子并为一组,每组有2 4=6只脚,90÷6=15,可知一共有15组鸡兔,也就是说笼子里有15只鸡,15只兔。

2.两种邮票

小红买了一些4角和8角的邮票,共花了68元。已知8角的邮票比4角的邮票多40张,那么两种邮票各有多少张?

如果拿出40张8角的邮票,剩下的邮票中8角与4角的张数一样多,

(680-8×40)÷(8 4)=30张

剩下的邮票中8角和4角的各有30张,8角的邮票一共有:

40 30=70张

因此,8角的邮票有70张,4角的邮票有30张。

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