登陆注册
2835300000003

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
  • 灾祸的降临上(破解人类文明与科学之谜)

    灾祸的降临上(破解人类文明与科学之谜)

    宇宙茫茫,星空浩瀚。亿万年来,宇宙每天都在人类的面前,炫示着她的神奇与伟大,灿烂与深邃。
  • 生命秘密(生命百科)

    生命秘密(生命百科)

    生命秘密遗传人人都有自己的才能和自己的性格。有的时候这种性格看起来好像是从我们的祖先那里遗传下来的,然而要想再追究这些性格是来源于何处,却又是一件非常非常困难的事情。
  • 碧水蓝天畅想曲

    碧水蓝天畅想曲

    《碧水蓝天畅想曲》:“荆楚作家走乡村”是由湖北省作协2007年开始推出的系列大型文学采风采访活动,是倡导作家贴近实际、贴近生活、贴近群众,服务社会主义新农村建设的文学“品牌”活动,旨在通过组织作家走进农村采访、创作,反映我省农村改革的前进历程和成就。继2007年、2008年、2009年活动将采访主题聚焦于“农村扶贫”、“先进名村”和“旅游名村”之后,今年,“荆楚作家走乡村”采风活动,把关注重点放在了农村环保问题上。二十几位作家通过调查走访,用饱含深情的笔触描绘了一幅幅绿色生态画卷,结集为25万多字的报告文学《碧水蓝天畅想曲》一书。
  • 能源宝库

    能源宝库

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。科学教育,是提高青少年素质的重要因素,是现代教育的核心,这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能,更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。科学教育,让广大青少年树立这样一个牢固的信念:科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象,研究和掌握新规律,它是创造性的,它又是在不懈地追求真理,需要我们不断地努力奋斗。
  • 建筑奇观

    建筑奇观

    套青少年科普知识读物综合了中外最新科技的研究成果,具有很强的科学性、知识性、前沿性、可读性和系统性,是青少年了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科谱读物,也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
热门推荐
  • 可怕的谜团

    可怕的谜团

    至今,人类运用科学知识解开了许多以前无法解释的宇宙奥秘、自然谜团、人间悬案等。但是,还有更多扑朔迷离的谜团尚待破解.它们不断露出朦胧的脸庞,向人类的智慧和耐力发出新的挑战。历史到底遗留了多少谜团?或许连历史自己也不知道。
  • 丑颜皇后倾天下

    丑颜皇后倾天下

    “不怕,据说丞相千金口含玉石出生,据说她相貌奇丑,据说她才思敏捷,才高八斗....高高在上的君王好奇,有孤在!”他勾唇浅笑。“可是我家小姐也不会武功啊!”“但是...但是我家小姐相貌奇丑,她闹市中仗义直言,教训恶徒,他背后悄悄援手救助,难登大雅之堂...”“更加不怕,他神兵突现为她解围辩白,而后一纸诏书成为后宫之首...“也不怕,一见之下,顿时捂脸逃走,,有孤在!”他眼里笑意更浓暮雨新群334143136,,她家中受到姨娘陷害,半夜遁入丞相后宅。只怕入不得宫啊!”“皇上,我家小姐心地善良,有孤在!耻笑皇后就是等同耻笑孤!孤会将那些背后嚼舌头的拉出去斩!!”
  • 武破万古

    武破万古

    【火爆爽文】叶空为国捐躯,灵魂穿越到一个无法觉醒武魂的废物身上,觉醒混沌青莲武魂,衍化无尽武魂,从此平步青云,一路高歌猛进,征服一切不服,睥睨天下!武魂与生俱来,绝大多数人都只有一个武魂,少数天赋逆天者拥有两个武魂,而叶空,拥有无尽武魂!修武道,化武魂,动天下,破万古!粉丝群:205111224,欢迎大家加入!
  • 雎鸠声声

    雎鸠声声

    他为了她,顶住各方压力,让东宫主位虚悬多年。正当他们即将成就花好月圆的时候,她却因绝世美貌,成为天下共主——天子的猎艳目标。政治形势波诡云谲,各方角逐势力粉末登场。上辈子的是是非非,牵扯着后辈的恩恩怨怨,盘根错绕。为爱矢志不渝是誓言,更是信念!
  • 东宫有本难念的经

    东宫有本难念的经

    宝庆十九年春,大佑国皇太子大婚,大将军之女入主东宫。一个不是淑女的将门千金遭遇一个不是文韬武略的中庸太子,到底是佳偶天成,还是冤家路窄?成婚一年不足,太子忽然休妻。迷影重重,生死茫茫,这样一来,还是不是大团圆结局?
  • 无敌大小姐

    无敌大小姐

    当现代阴狠毒辣,手段极多的火家大小姐火无情,穿越到一个好色如命,花痴草包大小姐身上,会发生怎样的化学反应?火无情一醒过来就发现,自己竟然在众目睽睽之下上演脱衣秀。周围还有一群围观者。这一发现,让她极为不爽。刚刚穿好衣服,便看到一个声称是自家老头的老不死气势汹汹的跑来问罪。刚上来,就要打她。这还得了?她火无情从生自死,都是王者。敢动她的人,都在和阎王喝茶。于是,她一怒之下,打了老爹。众人皆道:火家小姐阴狠毒辣,竟然连老爹都不放在眼里。就这样,她的罪名又多了一条。蛇蝎美人。穿越后,火无情的麻烦不断。第一天,打了爹。第二天,毁了姐姐的容。第三天,骂了二娘。第四天,当众轻薄了天下第一公子。第五天,火家贴出招亲启事:但凡愿意娶火家大小姐者,皆可去火府报名。来者不限。不怕死,不想活的,欢迎前来。警示:但凡来此,生死皆与火家无关。若有残病者火家一律不负法律责任。本以为无人敢到,岂料是桃花朵朵。美男个个很妖娆一号美人:火无炎。火家大少爷。为人不清楚,手段不清楚。容貌不清楚。唯一清楚的是,他有钱。有多多的钱。火无情语录:钱是好东西。娶了。(此美男,由美瞳掩饰不了你眼神的空洞领养。)火老爷一气之下,昏了过去。家门不幸,家门不幸啊。二号美人:竹清月。江湖人称天上神仙,地上无月。大国师一枚。美得惊天动地。火无情语录:美人好,尤其是自带嫁妆又会预测未来的美人,娶了。(此美男,由东de琳琳领养)三号美人:轩辕子玉。当朝七皇子,游历四国。一张可爱无敌的脸。单纯至极。火无情语录:可爱的孩子好,可爱又乖巧的孩子更好。可爱乖巧又不用给钱的孩子,娶了。(此美男,由刘千绮领养)皇帝听闻,两眼一抹黑。他的儿啊。怎么就这么不争气呢。四号美人:天下第一美男。性格不详,籍贯不详。火无情语录:谜一样的美人,她喜欢。每天都有新鲜感。娶了。(此美男,由告别的爱情li领养。)五号美人:天下第一名伶。火无情语录:解风情的美男,如果没钱花把他卖了都不用调教。娶了。(此美男由伊眸领养。)六号美男:解忧楼楼主。相貌不详,身世不详。爱好杀人。火无情语录:凶恶的美人,她喜欢。娶了。(此美男由陈铭铭领养)七号美男:琴圣。貌如谪仙,琴音杀人。冷清眸子中,百转千回,说尽风流。(此美男由伊眸领养)夜杀:天下第一杀手。(此美男由静寂之夜领养)
  • 探险记系列3

    探险记系列3

    罗布泊、楼兰、百慕大……浩瀚宇宙,我们只不过是沧海一粟。对未知世界的探索,对神秘所在的探险,依然是一个历久弥新的话题。
  • 幸福的艺术蓓蕾

    幸福的艺术蓓蕾

    凤城唐山,钟灵毓秀。自古以来英才辈出,皆因重教兴学也。幸福小学,千禧肇建,薪传十载,烛照百代。办学有道,突出艺术特色;施教有方,促进全面发展。十年建设、十年发展、十载辉煌。
  • 嫡女棣王妃

    嫡女棣王妃

    “姨娘,夫人似乎断气了~”“哼!这么一碗药都下去了,难道她还能活着不成?”“那这······”一个年纪稍长的人朝着这位称作姨娘的人示意了一下自己手中的婴儿,似乎有些犹豫,“这好歹是个男孩,现在夫人已经死了,如果姨娘把他占为己有,然后得了这府中的中馈······”“嬷嬷?!”女子也不等她的话说完,就打断了她,“你记住了,我恨死了这个女人,她的儿子,只能随着她去,我就是以后自己生不出儿子,抱养别人的,也不会要她的。把他给我扔马桶里面溺了,对外就说一出生就死了!”猩红的嘴唇,吐出来的话却是格外的渗人。嬷嬷还想说什么,动了动嘴,却是一句话也没有说,转身朝着后面放着马桶的地方走去。却是没有发现旁边地上一个穿着有些破旧的衣服的小女孩此刻正瞪大了眼睛看着她们两。这是什么情况?自己不是被炸死了吗?怎么会······于此同时,脑中不断有记忆闪现出来,她们是自己的母亲和刚出生的弟弟啊?!不行,先救人。转头看见旁边谁绣花留下的针线跟剪刀,想到自己前世的身手,拿起一根绣花针就朝着那个嬷嬷飞了过去,却在半路上掉落下来,暗骂一声,这人是什么破身体。却引得那两个人听见动静看了过来。女人阴狠的盯着她,“你居然没有死?”微微眯起眼睛,自己的前身也是被她们弄死的了,看样子她们谁也不会放过,抓起旁边的剪刀就冲了过去。随着几声惨叫声,从此以后,府中府外都传遍了她的“美名”——凤家大小姐心肠歹毒,刺伤了府中无数的人,宛如一个疯子。
  • 大唐刀圣

    大唐刀圣

    小小穿越者身怀一百零八套经传世经典刀法,心怀我不入桃花阵谁入桃花阵的雄心壮志,玩转大唐盛世,笑看贞观风云!