登陆注册
7418900000003

第3章 五家共井

我国最早提出不定方程问题,它由“五家共井”引起。古代,没有自来水,几家合用一个水井是常见的事。《九章算术》一书第8章第13题就是“五家共井”问题:

今有五家共井,甲二绠不足,如乙一绠;乙三绠不足,如丙一绠;丙四绠不足,如丁一绠;丁五绠不足,如戊一绠;戊六绠不足,如甲一绠。如各得所不足一绠,皆逮。问井深、绠长各几何!

用水桶到井中取水,当然少不了绳索,“绠”就是指“绳索”。原题的意思是:

五家共用一水井。井深比2条甲家绳长还多1条乙家绳长;比3条乙家绳长还多1条丙家绳长;比4条丙家绳长还多1条丁家绳长;比5条丁家绳长还多1条戊家绳长;比6条戊家绳长还多1条甲家绳长。如果各家都增加所差的另一条取水绳索,刚刚好取水。试问井深、取水绳长各多少?

虽然该问题是虚构的,它是最早的一个不定方程问题。

用现代符号,可设甲、乙、丙、丁、戊各家绳索长分别为x、y、z、u、v;并深为h。根据题意,可得

2x+y=h,

3y+z=h,

4z+u=h,

5u+v=h,

6v+x=h。

这是一个含有6个未知数、5个方程的方程组。未知数的个数多于方程个数的方程(或方程组)叫不定方程。用加减消元法可得

x=265721h,y=191721h,z=148721h,

u=129721h,v=76721h。

给定h不同的数值,就可得到x、y、z、u、v的各个不同的数值。只要再给定一些特定条件,就可得到确定的组解。原书中只给出一组解,是最小正整数解。

我国古代数学家在《九章算术》的基础上,对不定方程作出了辉煌的成绩。“五家共井”问题是后来百鸡术及大衍求一术的先声。

“五家共井”问题,曾引起世界上很多数学家的注视。在西方数学史书中,把最早研究不定方程的功绩归于希腊丢番都。其实,他在公元250年左右才研究这些问题,要比我国迟200多年。

公元6世纪上半期,张丘建在他的《张丘建算经》中有一个百鸡问题:今有鸡翁一,值钱五;鸡母一,值钱三;鸡雏生,值钱一。凡百钱,买鸡百只。问鸡翁、母、雏各几何?

意思是,如果1只公鸡值5个钱;1只母鸡值3个钱;3只小鸡值1个钱。现用100个钱,买了100只鸡。问公鸡、母鸡、小鸡各多少?

设公鸡、母鸡、小鸡分别为x、y、z只,则可得不定方程消去z不难得出

5x+3y+13z=100

x+y+z=100

消去z不难得出

y=7x4

因为y是正整数,所以x必须是4的倍数。

设x=4t,则y=25-7t,z=75+3t

∵x>0,∴4t>0,t>0;

又∵y>0,∴25-7t>0,t<347

故t=1,2,3。

∴原方程组有三组答案:

{x=4,y=18,z=78{x=8,y=11,z=81{x=12,y=4,z=84

数学史家评论说,一道应用题有多组答案,是数学史上从未见到过的,百鸡问题开了先例。《张丘建算经》中没有给出解法,只说:“术曰:鸡翁每增四,鸡母每减七,鸡雏每益三,即得。”意思是:如果少买7只母鸡,就可多买4只公鸡和3只小鸡。因为7只母鸡值钱21,4只公鸡值钱20,两者相差3只小鸡的价格。只要得出一组答案,就可推出其余两组。但这解法怎么来的?书中没有说明。因此,所谓“百鸡术”即百鸡问题的解法就引起人们的极大兴趣。

稍后,甄鸾在《数术记遗》一书中又提出了两个“百鸡问题”,题目意思与原百鸡问题相同,仅数字有所区别。到了宋代,著名数学家杨辉在他的《续古摘奇算法》一书中,也引用了类似的问题:

“钱一百买温柑、绿桔、扁桔共一百枚。只云温柑一枚七文,绿桔一枚三文,扁桔三枚一文。问各买几何?”

到了明清时代,还有人提出了多于三元的“百鸡问题”。不过,各书均与《张丘建算经》一样,没有给出问题的一般解法。

7世纪时,有人对百鸡问题提出另一种解法,但只是数字的凑合。到了清代焦循在他的《加减乘除释》一书中指出其错误。之后,不断有人提出新的解法,但都没有完全得到普遍解决此类题目的通用方法。例如丁取忠在他的《数学拾遗》中给出一个比较简易的解法:先设没有公鸡,用100个钱买母鸡和小鸡共100只,得母鸡25只、小鸡75只。现在少买7只母鸡,多买4只公鸡和3只小鸡,便得第一组答案。同理可推出其余两组。直到19世纪,人们才把这类问题同“大衍求一术”结合起来研究。

百鸡问题是一个历史名题,在世界上有很大影响。国外常见类似的题目。

同类推荐
  • 科学谜团:探索科学奥秘

    科学谜团:探索科学奥秘

    本书为大家解开人类之谜、生物之谜、古文明之谜、海洋之谜、科技之谜、恐龙之谜、未解之谜等内容。
  • 世界文化博览(第三册)

    世界文化博览(第三册)

    《世界文化博览》精选了大量世界文化与自然遗产,以精炼的文字从多方面加以说明与介绍。揭开历史,一窥背后的故事,将人类历史上的里程碑和转折点,冲突和战争、创造和发现、崛起和衰落等,一一呈现在读者面前。其内容涵盖了原始社会、传媒通讯、人类军事武器的产生、数学宝库、西方文明的产生、人类走向宇航时代等。带你领略世界文化的博大精深,感受文化的力量和魅力,享受精神的盛宴,浓缩世界文化知识精粹。旨在为读者提高文化修养、丰富人生内涵、添加知识储备、准备写作素材、增加聚会谈资……
  • 中学生必知的名胜古迹(上)

    中学生必知的名胜古迹(上)

    名胜古迹,是指风景优美和有古代遗迹的著名地方。漫步在这些名山胜水之中,一方面可以领略自然的大好风光,另一方面也从中感悟博大精深的历史文化。对于了解一个国家,一个地区,一个民族的地理文化,也有着十分重要的帮助。
  • 人类危机之温室效应(青少年身边的环保丛书)

    人类危机之温室效应(青少年身边的环保丛书)

    本书由谢芾主编,是一本自然科学类读物。环境问题的实质是社会、经济、环境之间的协调发展问题以及资源的合理开发利用问题。本书包括了人类生活、自然和生态等各种关系的方方面面,从而让青少年了解环境保护对我们的重要性,以环境保护为己任。在《人类危机之温室效应》里,既有令人感动的环保故事,又有深刻实用的环保知识,它会使我们每一个人都能成为一名守护地球家园的忠诚卫士。
  • 海洋的现实和未来

    海洋的现实和未来

    “青少年身边的环保丛书”是一套自然科学类读物。环境问题的实质是 社会、经济、环境之间的协调发展问题以及资源的合理开发利用问题。本丛书包括 了人类生活、自然和生态等各种关系的方方面面,从而让青少年了解环境保护对我们的重要性,以环境保护为己任。在这里,既有令人感 动的环保故事,又有深刻实用的环保知识,它会使我们每一个人都能成为一名守护地球家园的忠诚卫士。 谢芾主编的《海洋的现实和未来》为丛书之一。《海洋的现实和未来》内容涉及海洋与环境的各个侧面,文字浅显易懂 ,生动活泼。
热门推荐
  • 美女杀手爱上我

    美女杀手爱上我

    一个碌碌无闻的宅男少年,一个冷血娇艳的美女杀手,本该无法企及的彼此却因为一次意外产生了交集,这让本就平凡的他,招来无数事端,为躲避天降的横祸,从此开启了他传奇的成长历程。平凡,并不可怕,可怕的是平庸,只要通过坚持不断的努力,人人都能获得成功。坚持一下,再坚持一下,也许,成功就在下一个路口。看一个逆袭成功的屌丝,如何发家致富泡杀手,开始他绚丽牛X的人生,本书很纯……也有点小暧昧……
  • 惊才焰焰

    惊才焰焰

    惊才艳艳的赵四方性格特立独行,不容于职场、社会。在郁闷和绝望中自绝于人世,人生有惊喜——赵四方强势重生,彪悍人生通天坦途,振兴民族汽车工业,人生巅峰,唾手可得。
  • 北国又飘雪

    北国又飘雪

    离开,是一个中性词,而离别却饱含泪点。到一个陌生的城市,就是另外一种遭遇,改变了命运的轨迹
  • 穿越之倾城皇后爱上冷漠皇帝

    穿越之倾城皇后爱上冷漠皇帝

    爷爷死了,临走时送自己一块半片银玉。并说“还有一半在自己有缘人手中”然后撒手人间。帮爷爷去买棺材,她莫名其妙的穿越成了他的妃子~静妃!她,一个调皮可爱媚惑型的倾城皇后;他,一个冷毅孤傲睿智型的冷漠皇帝一个二十一世纪的现代女却日久生情的爱上了一个冷漠并只是利用她的皇帝,为了悍卫自己的爱情她如何通过自己的努力登上了皇后之位!在这个勾心斗角的后宫看我们的女主如何捍卫自己的爱情。如何为了爱情登上皇后宝座0复杂的爱恨情仇演绎一段缠绵悱恻的爱情。或许以后都不会在红袖发书了,想和我做朋友的,想了解我的作品动态的亲可以加我qq1308572778.我常在线。
  • 名侦探柯南:天使之泪恶魔之血

    名侦探柯南:天使之泪恶魔之血

    "恶魔再恶,也是生命,我不会杀死恶魔,尽管这是天使的使命。″‘‘记住,我,工藤新一,只记仇,不记恩。’’
  • 这个少女有点雷

    这个少女有点雷

    何为黄粱美梦?何为庄周梦蝶?在那真真假假,虚虚实实的梦境中,我们是否真的发生过什么?亦或是我们的前身,亦或者是我们的今世。杨芸本就一个疯癫的小丫头,有着巾帼不让须眉的流氓脾气。如果她做梦,又会是什么样子呢?敬请期待这个少女有点雷,看看雷女的一番奇遇。--情节虚构,请勿模仿
  • 神迹续集

    神迹续集

    神界腐败,仙界混乱,妖魔丛生,鬼怪横行,正道无存,天地大劫,末世来临,谁能幸免?逃脱此劫?正邪大战,一触即发,六大魔头,破除封印,发泄愤怒,实行血祭,发下毒誓,摧天毁地,屠灭众生。
  • 游戏境

    游戏境

    公元2030年,一位天才发明了一个“世界”——游戏境,至此人类进入了一个新的纪元。公元2050年,一位少年在游戏境中意外的发现了这个世界诞生的真正目的,他的命运由此转变,是成为这个世界的守护者,还是破坏这个世界......
  • 网游之流氓大佬

    网游之流氓大佬

    猪脚是很流氓滴!运气是很爆发滴!内容是很搞笑滴!
  • 剩女的梦幻庄园

    剩女的梦幻庄园

    跨过三十岁的大关,孟真童鞋成为一枚金光闪闪的剩女爱情的不顺,事业的一事无成让她对生活近乎麻木一次偶然的机会,她在城市的边缘得到一栋农家小院母亲留给她的玉镯也给她打开了一个神奇的世界剩女的生活也可以丰富多彩,咱也去种地,咱也去养狗,让平淡的日子变得有滋有味……女猪比较宅,胸无大志。