登陆注册
2876800000004

第4章 难色的仙鹤图

传说宝华寺曾藏有一幅鲜为人知的仙鹤图。这仙鹤图为数海法师所作,在他临终前秘传给他的一位弟子,并嘱咐他死后49天才能打开。数海法师圆寂后,这位弟子总想打开图看看,但又不愿违背师父遗嘱。过了42天,实在坚持不下去了,当天半夜,他打开图一看,原来是张仙鹤图。画面上有7棵松树,每棵松树上均有7只仙鹤,松树下面写了一个黑色的“七”字,但有一棵松树例外,这松树上一只仙鹤也没有,松树下面写了一个红色的“七”字。

红色的“七”字是什么意思呢?弟子们无法理解。不过,因为数海法师神通广大,精通算术。人们相信,图中必有奥秘。后来,有了负数概念,有人猜测,红色的“七”字,表示负数(-7)。但是,松树上有(-7)只仙鹤,又是什么意思呢?始终是个谜。自从秦始皇焚书坑儒后,宝贵的仙鹤图失传,这事情几乎被人们遗忘了,但是,过了2000多年,人们又想起了仙鹤图,这与下面的椰子问题有关。

5个水手带了一只猴子来到南太平洋的一个荒岛上,发现那里有一大堆椰子。由于旅途劳累,大家顾不上椰子,很快就睡觉了。第一个水手醒来后,把椰子分成五堆,余一只给了猴子,自己藏了一堆又去睡觉了。第二、第三、第四、第五个水手也陆续起来,和第一个水手一样,把椰子分成五堆,恰好又多一只给猴子,私藏一堆,再去入睡。天亮以后,大家发现椰子已剩下不多了,各人心里有数,但谁也不说。为了公平,大家把余下的椰子又分成五堆,每人得一堆。这时,巧得很,又余下一只,再给猴子。试问原先共有几只椰子?

这是一道世界有名的趣味数学题。

设最初共有椰子x只,天亮后大家一起分配时每人分得y只。

根据题意,可得

x=5A+1,

4A=5B+1,

4B=5C+1,

4C=5D+1,

4D=5E+1,

4E=5y+1。这是一个不定方程组,化简后可得到

1024x=15635y+11529。(*)

它有无数组解,人们的兴趣是求其最小正整数解。如果用常规的方法(例如,用大衍求一术)来解,是很繁难的。

世界著名物理学家李政道在访问中国科技大学时,曾在少年班提到这个题目,并介绍了怀德海的解法。

怀德海是英国数理逻辑专家,对此他给出了一个异乎寻常的解法。

首先,从方程(*)可看出,如果某数x;是方程的一个解,则x1+15625也是方程的解。这一点我们也可用下面的方法来考虑,由于原有的椰子曾被连续6次分成5堆,因此如果某数是该方程的一个解时,则把此数加上56(56=15625)后,仍旧是方程的解。通常人们解不定方程应用题,总是只注意它的正整数解,可是怀德海却与众不同,他的方法异乎寻常,他先借助负整数来帮忙,在找到一个负整数解之后,再过渡到正整数。就像在几何中引用辅助线、辅助角一样。

在方程(*)中,设y=-1,则可得

1024x=4096,∴x=-4。

既然-4是这个不定方程的一个特解,那么,则-4+15625也是方程的解。可见,所求的椰子数应是-4+15625=15621(只)。

怀德海说,他是用下面的想法“领悟”出-4是不定方程的一个特解的:

“假定当初有-4只椰子,则在其中硬拿出一只来给猴子后,根据正、负数减法,还剩下-4-1=-5(只),分成五堆,每堆便有-1只椰子。私自藏起一堆之后,还有四堆,每堆有-1只椰子,所以一共仍然是(-4)只椰子,这正好仍然回到没有分以前的情况。照这样分法,不仅5次、6次……可以一直分下去,都符合题目之要求。因此,在这个题目中,-4是一个神奇的数。

按照常理来说,每堆椰子数为“负数”是毫无意义的,但从纯数学的观点来看,却是能满足题中分配方法的,并且是能帮助解决问题的。它正像物理学中的“负质量”或“虚功”一样,在解决具体问题时是有用的。

怀德海的巧妙解法传到我国后,人们想起2000年前的仙鹤图。既然,一堆椰子的数目可以设想是负数,那么,一棵松树上的仙鹤的数目,也可设想为负数。可以推测,数海法师早就掌握了利用负数解决问题的高度技巧。

才女算灯

著名小说《镜花缘》里有段故事:

元宵节,宗伯府的女主人卞宝云想考一考精通筹算的才女米兰芬,请她算一算楼房中灯的数目。她告诉米兰芬,楼上的灯有两种,一种上做三个大球,下缀六个小球,计大小球九个为一灯;另一种上做三个大球,下缀18个小球,计大小球21个为一灯。大灯球共396个,小灯球共1440个。楼下的灯也分两种,一种一个大球,下缀两个小球;另一种是一个大球,下缀四个小球,大灯球共360个,小灯球共1200个。她请米兰芬算一算楼上楼下四种灯各有多少个。米兰芬想了一想。先算楼下的,她将小灯球1200折半,得600,再减去大灯球360,得240,这是一大四小灯球的灯的盏数。然后用360减240,得120,这便是一大二小灯球的灯的盏数。再算楼上的,她先将1440折半,得720,减大灯球396,余324,再除以6,得54,这是缀十八个小球灯的灯的盏数。然后用3乘以54,得162,用396减162,得234,用234除以3得78,即下缀六个小球灯的灯78盏。卞宝云让人拿做灯的单子来念,果然丝毫不差。大家莫不称她为神算。若引进未知数列便容易解决,但米兰芬的神算法是从哪里来的呢?应该说,故事人物米兰芬是读了著名古书《孙子算经》。

《孙子算经》是我国古代一部较为普及的数学著作,在唐代初期用作“算学”的教科书。全书共分三卷,上卷叙述筹算的制度、方法和度量衡的单位;中卷举例说明筹算分数法,包括面积、体积、等比数列等计算题、应用题;下卷收集了不少有趣的名题、难题。书中对各种问题的解法很有特色,充分显示了中国筹算数学的特点。例如,下卷第31题是:

“今有鸡兔同笼,上有35头,下有94足,问鸡、免各几何?”

这是后世“鸡兔同笼”题的始祖。书中的解法是:设头数是a,足数是b,则是12b-a兔数,a-(12b-a)是鸡数。

其具体算法过程是:

头35

足94半其足头35

半足47下一上头35

兔12上一下鸡23

兔12

这种解法不但巧妙,而且有简便的筹算程序。可以看出米兰芬正是采用了这种解法。

对于“鸡兔同笼”问题,读者还可想出各种解法。例如,可以设想鸡、兔都是两只足,那么从35个头可知,应该只有70只足,但现在笼中实有94只足,两者相差24只,这是因为我们设想兔子只有两只足,每只少算两足,可见兔子数是12只。

“鸡兔同笼”问题是算术中一个典型问题,历代“算学”课本大都引用此题,但题目与解法不尽一样。例如,在元代的著作《丁巨算法》一书中,原题变成:

今有鸡兔100,共足272只,问鸡、兔各几何?

书中先设想全部是兔,那么100只兔该有400只足,但现在实际只有272只足,两者相差400-272=128只,这是把鸡设想当作兔时多计算的足数。每只鸡多算两足。可见鸡数就是128的一半,即64只;兔数为36只。

《孙子算经》对我国及一些外国的数学发展都有一定的影响。“鸡兔同笼”问题传到日本,变成了“鹤龟算”,改成这名词可能是因为日本人特别欣赏乌龟的缘故。

同类推荐
  • 缤纷气候

    缤纷气候

    地球上的生物包括人类都必须承担气候变化的后果,人类社会不得不开始反省、认识,并采取科学的措施,积极行动,减少对环境的污染和对生态的破坏。 由王建国主编的《缤纷气候》介绍气候的形成,气候的分布、应用气候,气候与其他自然因素的关系,人类活动对气候的影响以及气候变化对人类生产、生活的影响等相关知识。
  • 海军陆战队:两栖动物(探究式科普丛书)

    海军陆战队:两栖动物(探究式科普丛书)

    本书重点介绍了自然界中各种各样的两栖动物,以及它们的发展历史、进化、生存环境等等。本书图文并茂、知识点多、信息量大、趣味性强,充分展现了两栖动物世界中的千姿百态,令青少年读者身临其境地感受两栖动物世界的美妙神奇。
  • 生物天地百科(奥秘世界百科)

    生物天地百科(奥秘世界百科)

    本套书全面而系统地介绍了当今世界各种各样的奥秘现象及其科学探索,集知识性、趣味性、新奇性、疑问性与科学性于一体,深入浅出,生动可读,通俗易懂,目的是使读者在兴味盎然地领略世界奥秘现象的同时,能够加深思考,启迪智慧,开阔视野,增加知识,能够正确了解和认识这个世界,激发求知的欲望和探索的精神,激起热爱科学和追求科学的热情,掌握开启人类和自然的金钥匙,使我们真正成为人类和自然的主人,不断认识世界,不断改造自然,不断推进人类文明向前发展。
  • 发明让人类享受生活(走进科学丛书)

    发明让人类享受生活(走进科学丛书)

    生活在河边或海边的人们,乘船从事生产劳动,实在是很普通的事情,丝毫也不会产生这样的问题:船这种看似平常的水上交通工具是怎样产生,又是怎样演变过来的?船这东西的确是很神奇的。古人的许多诗里把船作为抒发豪情或描绘祖国美丽的山水风光的工具,有不少诗词成为千古绝唱。你也可能看过一部电影,叫《泰坦尼克号》。这只被命名为“永不沉没”的巨轮在北大西洋海底沉睡了70多年,直到近些年才被打捞上来。你也可能对南极考察很感兴趣,但如果没有现代化的破冰巨轮,我们也就不会有在南极长城站升起五星红旗的自豪。
  • 科学发现的追求(走进科学丛书)

    科学发现的追求(走进科学丛书)

    1543年5月的一天,一位白发苍苍的老人奄奄一息地躺在病榻上。他的学生把刚刚出版的凝结着他毕生心血的《天体运行论》送到他的手中,但他已经没有力气翻开这本书,只是用手摸了摸,不久,就与世长辞了。
热门推荐
  • 杀佛

    杀佛

    当兄弟被自己亲手杀死,当梦把人拉回现实。独自面对所有的背叛。杀身成佛,是谓杀佛。
  • 说话的魅力

    说话的魅力

    说话是为了沟通和交流,但是把话说好并不容易。在本书中,作者用生动的故事和实用的方法,帮助你培养说话的能力,提高说话和演讲的水平,在不同的场合选择不同的说话技巧。从而学会“说话”,让你说的话充满魅力。
  • 薄荷色的夏天草莓色的雨

    薄荷色的夏天草莓色的雨

    另一颗星球上的统治者,斯脉奥帝国的王子月鸣爔,在十五年前和妹妹月筱珊出去玩时,把妹妹弄丢了。十五年来,他们找了数颗星球,仍没有妹妹的消息。月鸣爔决定亲自去地球,寻找妹妹。
  • 火影之冰君

    火影之冰君

    热血的火影,看蓝毅在这个世界闯出自己的一片天下,登上顶峰。
  • 火影之暴力医疗忍者

    火影之暴力医疗忍者

    简介什么的好难写总之就是一个小小医疗忍者的生存故事
  • 女人,玩够了没?

    女人,玩够了没?

    她没想到这个男人在得知自己怀孕后带人强制要她堕胎。“不要,你会后悔的。”无论她怎么挣扎,最终还是被送上手术台。“凌萧堔,不离婚我就跳下去!”她站在医院天台上威胁。“这辈子就算死,你也只能是我太太。”撂下狠话,他不再看她一眼,转身就走。五年过去,兜兜转转,她还是出现在他面前,祈求他爱她。却在他说:“搬回来和我一起住。”时悄然消失。“女人,他妈的玩我呢。”发动全城,只为找这个可恶的女人,却看到她挺着大肚子,手里还牵着一个,他瞪大了眼。
  • 来生,再爱你

    来生,再爱你

    此生不能相爱,但愿来生,再爱你……
  • 境异

    境异

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 森林王子

    森林王子

    这是关于一只小老虎的冒险和成长故事。 为了保护红霞大山的动物们,也为了寻找自由,动物园刚出生不久的小老虎力力和妈妈力雅决定到森林里生活。 不料,坏家伙却把力力从动物园里偷出来,准备卖给马戏团。在路上,力力逃脱了坏人们的魔爪,不小心掉进了老爷爷的奶桶里。老爷爷以为力力是只小猫,把力力带回家。农场里的动物也以为它是只猫。但是,力力一直坚信自己是只老虎。 随着力力一天天长大,寻找妈妈和寻找自由的念头越来越强烈。最终,力力决定离开农场到森林里去生活。 力力在寻找的过程中由迷茫、轻信慢慢变得勇敢、睿智啊,成为真正的森林王子。
  • 误入豪门:唐少的替身娇妻

    误入豪门:唐少的替身娇妻

    她们拥有一样的面孔,一个如天使般善良,一个却像魔鬼般邪恶。当穆卿看到苏洛的第一眼便知道,她就是那把救她出牢笼的钥匙,于是,她毫不犹豫地将苏洛推入了唐家,而苏洛并不知道,等待她的竟是一场一年的牢狱之灾……嫁入豪门,并不是她所求,但她不得不去;违背真心,并不是她本意,但她不得不做;放弃爱人,并不是她所想,但她不得不从。他身家富可敌国,黑白两道通吃,连市长都要让他三分;他出手阔绰,一掷千金,只要一个招手,女人们就趋之若鹜;他高傲自负,手段狠毒,宁可错杀三千绝不放过一个。原本一辈子都不会有关系的两个人,因为一个女人而有了交集……他们始于假意,终于真心。