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第20章 中外数学经典名题(3)

藏盗问题

19世纪初,日本的柳亭中彦写了一本《柳亭记》,书中出现了许多被人们称为藏盗的数学题目,反映了日本对于古代方阵问题的研究有了进一步发展。其中有一题是:在中国和日本边界的中间,备有日本检查船只的关卡,那里有16人,哨所四角各有3个人,四边各有7个人,称7人哨所。有一次,8个海盗苦苦哀求把他们隐藏起来,哨所的队长想了一番,把哨所人员配置改换一下,居然把这些海盗隐藏起来,每边望去仍是7个人,于是人们将这类问题叫藏盗问题。那么,聪明的队长是怎么把海盗藏起来的呢?

原来,角上的一个人顶两个人,因为这个人在角上,从两个方向去数都需数他。因此在各边人数不变的前提下,无论是增加人或减少人,都要在角上想办法。这道题,16人每边7人,现在增加了8人,每边仍保持原人数,那么只要把四个角上各减少2个,挪到边中去就行了。

稀世珍宝

在东京珠宝收藏博览会上展出一棵18K金的圣诞树,在3层塔松形的圣诞树上共镶嵌有1034颗宝石。

这颗圣诞树上的宝石是这样摆放的:如果从顶上往下看,3层圆周上镶嵌的宝石数成等差级数递增;而3层圆锥面的宝石数却按等比级数递增;且第一层的圆周上与圆锥面上的宝石数相等;除此之外,塔松顶上有1颗宝石是独立镶上的。请问,圣诞树的宝石具体是怎样镶嵌的?

假设3层圆周上的宝石数分别为A、B、C,则:

B=A+m,C=A+2m(m为等差系数)

因为第一层圆锥面上的宝石数等于圆周上的宝石数,所以可假设3层圆锥面上的宝石数为A、D、E,那么:

D=nA,E=n2A(n为等比系数)

由于树顶上那颗宝石是独立的,所以:

A+A+m+A+2m+A+nA+n2A=1033

解此方程,只有一种可能:

A(n2+n+4)=1000

3m=33

根据m、n、A均为整数,得:

m=11

n=2

A=100

因此,宝石的镶嵌是这样的:

塔松顶上有1颗宝石;

第一层圆周上100颗宝石,圆锥面上100颗宝石;

第二层圆周上111颗宝石,圆锥面上200颗宝石;

第三层圆周上122颗宝石,圆锥面上400颗宝石。

卖鸡问题

(1)有一家养鸡专业户,一天,父亲让他的三个儿子到市场去卖鸡,父亲说:“这里有大鸡6只,小鸡84只,共90只,老大拿50只,老二30只,老三10只,鸡的价格你们三人商量,但是价格要一致,并且每人卖的钱必须一样多,都是50元。”那么三人各拿大、小鸡多少只,大、小鸡每只各多少元?

先从总数看,90只鸡共卖150元,可设小鸡每只x元,大鸡每只y元。

所以84x+6y=150元

上式除以3,得28x+2y=50,恰好是老二拿鸡数和应该卖的钱数,还剩下小鸡56只,大鸡4只。

如果老大拿的都是小鸡,那么每只小鸡1元,50只小鸡卖50元;老三拿6只小鸡卖6元,4只大鸡44元,每只大鸡11元;老二拿28只小鸡28元,2只大鸡22元,共50元,符合父亲的要求。

如果老大拿49只小鸡,1只大鸡,这样1只小鸡应卖57元(或说7只小鸡卖5元)。1只大鸡要卖15元。老大:49×57+15=50;老二:28×57+2×15=50;老三:7×57+3×15=50。这种分法和卖法也符合父亲的要求。

上面两种分鸡方案和卖法都可以,除此之外,再没有符合父亲要求的分鸡方案与卖法了。

(2)有一次,父亲叫过来两个儿子,对他们说:“这里有大一点的鸡30只,每两只卖20元;有小一点的鸡30只,3只卖20元。老大拿30只大鸡,老二拿30只小点的鸡。”兄弟二人到市场上按照定的价很快卖完了,老大卖了300元,老二卖了200元,共计500元给了父亲。

第二天,父亲又给老大30只大点的鸡,给老二30只小点的鸡,价格不变。兄弟二人到市场卖鸡去了,老二说:“哥哥,我有点事,今天你一个人卖鸡算了。”老大说:“一个人卖两种价格的鸡不方便,还是二人一起卖,卖完之后再去办事吧!”老二说:“这样卖鸡行不行,5只鸡卖40元。”老大一想,大鸡20元卖2只,小鸡20元卖3只,合起来正好是5只鸡卖40元,于是老大就同意了。老二办事走了,老大很快把鸡卖完了,结果只卖480元,少卖了20元。回家给钱看时,父亲见少了20元钱,大发脾气,认为他们乱花钱,等老大把卖鸡的情况告诉父亲,他也迷惑了,怎么会少卖20元钱呢?

事实上,5只一起卖,卖10次已将小点的鸡卖完了,剩下的10只鸡均为大鸡应卖100元,还按5只40元,因此少卖了20元。

三姐妹卖鸡蛋

一个卖鸡蛋的老妇,吩咐三个女儿到市场上去卖90个鸡蛋。她给聪明伶俐的大女儿10个鸡蛋,二女儿30个鸡蛋,三女儿50个鸡蛋,并说道:“你们先商量好价钱,然后就照定好的价钱卖。不能贱卖,而且三个人的卖价还必须相同。但是,我希望你们三个人卖鸡蛋所得的钱一样多。一句话,鸡蛋价钱要一样,卖得的钱也要一样多。除此之外,卖掉所有90个鸡蛋所得的钱不少于90戈比。”问:姑娘们如何完成交给她们的任务?

三姐妹一边朝市场走一边商量,二妹和小妹都请求大姐出主意,大姐想了想说道:

“妹妹们,咱们的鸡蛋这次不要像以前那样10个10个地卖,而要7个7个地卖,每个蛋是一份,每一份定一个价钱,就像妈妈吩咐的,一个戈比也不能少要,三个人都要遵守,每份卖3戈比,你们说怎么样?”

二妹说:“那可太便宜了。”

“不过,我们按7个鸡蛋一份卖完剩下的鸡蛋价钱可以提高。”大姐解释说:“我已经注意到,今天市场上卖鸡蛋的除了我们三人,再没有别人,不存在和我们争主顾的问题,当供不应求时,价钱自然就涨上去了。这样,咱们就是要在剩下的那些蛋上把钱赚回来。”

三妹问:“剩下的鸡蛋卖什么价呢?”

大姐果断地说:“每个鸡蛋要9戈比,就是这个价,急需的买主肯定会买的。”

二妹吃惊地说:“太贵了吧。”

“贵又怎么样,”大姐接着说,“咱们按7个一份卖的鸡蛋不是便宜了吗,有贱就得有贵。”

大家都同意了。

姐妹三人在市场上各自找好位置坐下来卖鸡蛋,由于价钱便宜,买主纷纷聚来,一会儿工夫,按7个一份卖的鸡蛋全卖完了。小妹卖了49个鸡蛋,得到21戈比,还剩下1个鸡蛋;二妹卖出28个鸡蛋,得到12戈比,还剩下2个鸡蛋;大姐只卖了一份7个鸡蛋,得到3戈比,还剩下3个鸡蛋,她剩的最多。

这时,市场上来了一位厨师,她是奉主人之命来买鸡蛋的,她的任务是买10个鸡蛋,因为主人的儿子回家来了,他又特别喜欢吃鸡蛋。厨师在市场上转了转,只看见三个卖鸡蛋的摊子,总共只有6个鸡蛋,必须把这些鸡蛋全买走,即便如此还差着数呢。

女厨师先跑到大姐的摊子前问:“这3个鸡蛋卖多少钱?”

“每个鸡蛋9戈比。”

女厨师十分惊讶,“你怎么了?发疯啦?要这么多钱!”

大姐平静地说:“随你怎么说,少一个钱也不卖,就剩这几个了。”

女厨师又跑到二妹的摊前问:“什么价钱?”

“9戈比一个,就这个价。”

女厨师最后去问小妹:“你的鸡蛋要多少钱?”

小妹回答:“9戈比一个。”

毫无办法,女厨师只好用高价买下了这仅有的6个鸡蛋,她分别付给大姐27戈比,二妹18戈比,小妹9戈比,这样,三姐妹前后两次各自卖鸡蛋所得的钱数都一样,每人30戈比。

三姐妹回到家里,每人交了30戈比给妈妈,并向妈妈详细讲述了卖鸡蛋的经过。母亲非常满意,她的女儿不折不扣地完成了她交付的任务,特别为大女儿的聪明机智感到高兴。

这个问题的解答十分巧妙,其想法突破了常规,将鸡蛋分为按份卖和按个卖两种形式,制定了两种价格。按个卖居然比按份卖价格高得多,以致一个鸡蛋的价格等于3份鸡蛋的价格。只有这样做才能使10个鸡蛋与50个鸡蛋卖上一样的价钱。

如何卖鸡蛋达到预期目的,这确实是个数学问题。必须要先后用两种价钱卖鸡蛋,关键是怎样分份,怎样定价。

如果每份2个鸡蛋或5个鸡蛋,就不存在有零散鸡蛋,份数多少不同,三人卖得的钱也不等。

如果每份3个鸡蛋,仅看30=3×10,50=3×16+2=(3×10)+(3×6+2),便可知二妹卖得的钱还不及小妹的一部分卖得的钱,所以这种分法也不行。同理,由于10=4×2+2,30=4×7+2=(4×2+2)+4×5,以及30=6×5,50=6×8+2=(6×5)+(6×3+2),也可知4个鸡蛋一份或6个鸡蛋一份的分法均不行。

如果每份7个鸡蛋,10=7×1+3,30=7×4+2,50=7×7+1。去掉其公共部分(1份零1个),三人分别剩的是2,7×3+1,7×6。

现在要让卖2个鸡蛋与3份零1个,或6份鸡蛋的价钱一样,即3份鸡蛋的价钱相当于1个鸡蛋的价钱,或说是1份鸡蛋是13个鸡蛋的价钱。这样的话,打算10个鸡蛋卖30戈比,那么每个鸡蛋卖价就是:

30÷(3+13)=9(戈比)

于是每份7个鸡蛋要卖3戈比。90个鸡蛋总共卖90戈比,符合原题要求。

正是据上述道理,大姐才提出卖鸡蛋的正确方案。

一百个和尚分一百个馒头

此题是明代珠算家程大位在其所著《算法综宗》中所设,题目是用诗歌表达的:“一百馒头一百僧,大僧三个更无争,小僧三人分一个,大小和尚各几个?”我们可以用假设法。假如全是大和尚,应该分300个馒头,现只有100个馒头,缺200个,少200个的原因是因为有一群小和尚。小和尚3人分1个,一个小和尚吃1/3,比大和尚每人少吃8/3个,那么200个馒头中包含有多少个8/3呢?200∶8/3=75,这75就是小和尚数。那么大和尚数就可想而知了。

换个角度思考此问题:如果这100个和尚全是小和尚,每3人吃一个,则一个吃1/3,100个和尚吃1/3×100=100/3个。余下100-100/3=200/3个馒头,每个大和尚吃3个,即每个大和尚比每个小和尚多吃3-1/3=8/3个,用一个大和尚换一个小和尚时,就要多吃8/3,200/3∶8/3=25(人)。这样,大和尚25人,小和尚75人。

检验:3×25=75(大和尚吃的馒头数);1/3×75=25(小和尚吃的馒头数);75+25=100。

克拉维斯算题

意大利数学家克拉维斯于1583年在《实用算术概论》中设了这样一道题:“父亲对儿子说:‘做对一道题给8分,没做对每道题不但不给分还要扣去5分。’做完26道题后,儿子得了0分,求儿子做对了几道题?”

这道题我们可以用两种不同的方法来解。第一种方法是列方程来解。设儿子做对了X道题,按题意列方程如下:8X-5(26-X)=0;13X=130;所以X=10。那么做错的题就是26-10=16(题)。

另一种方法是假设法。如果26道题全做对了,应该得8×26=208分,这样,每错一题就不是扣5分,而是13分,儿子得0分,做错的题数应是(208-0)÷13=16(题),这样就求出做对的题数了。用算术式来表达即为:

(8×26-0)÷(8+5)=16(题);26-16=10(题)。

阿尔昆算题

英国数学家阿尔昆在《益智题》一书中曾出过这样一道题:有男子、女子、儿童共100人,分100把谷物,若每个男子得3把,每个女子得2把,儿童2人得1把,谷物恰好能分完。求男子、女子、儿童各有多少人?

我们可以通过列三元一次方程组来解这题。设有男子X人,女子Y人,儿童Z人。根据题意列出方程得:X+Y+Z=100(1),3X+2Y+1/2Z=100(2)。(2)式乘以2后减去(1)式得:5X+3Y=100。移项后求得:Y=5/3(20-X)。人数应该是正整数,筛选后,得出以下结果:X(男人)17,14,11,8,5,2;Y(女人)5,10,15,20,25,30;Z(儿童)78,76,74,72,70,68。

欧几里得算题

几何学之父,古希腊数学家欧几里得曾出过这样一道题:螺子和驴驮着谷物并排走在路上,螺子在途中对驴子说:“如果把你驮的谷物给我一袋,咱俩驮的袋数就相等。”请你算一下,它们各自驮了多少袋谷物?我们可以做一下假设。如果螺子给驴一袋,二者就相等,说明螺子驮的谷物是驴的2倍。刚才我们分析,螺子比驴多驮2袋,驴子再给它一袋,螺子比驴多(2+1+1)=4(袋),比驴子多4袋时,同时也是驴子的2倍,可见,这4袋谷物是驴子剩下谷物的1倍。所以我们可以通过计算得到所求的结果:驴子驮的代数为(2+1+1)÷(2-1)+1=5(袋);螺子驮的代数为5+1+1=7(袋)。

诸葛亮调兵

诸葛亮是人人知道的一个传奇式的人物。相传,他在“借东风”之后,名声大振。但吴将中仍有不少人不服气,觉得“借东风”不过是瞎猫撞上死耗子,因此,很想找个机会当面探探深浅。

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