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中國古代最著名的三道數學題,其中一題享譽世界,受到國際認可

數學是一門非常有趣的學科。當我們說到中華文化博大精深時,最先想到的一般是中國的文學、戲劇、建築、音樂等等方面,很少人會注意到數學。其實中國古代的數學成就也是不錯的,出過很多數學家,留下了很多數學著作,也探討過很多經典問題。

比方說著名的勾股定理,這個定理在西方最早是由古希臘哲學家畢達哥拉斯發現的,所以也稱為畢達哥拉斯定理,但據說這個定理在中國最早是由西周數學家商高發現的,他發現了「勾三、股四、弦五」的定理,比畢達哥拉斯早五百年。雖然在近代史上,中國的數學成就遠遠沒有像西方那樣對世界進步產生深遠影響,但中國古代的數學成就還是值得肯定的。

中國古代的數學著作為我們留下了很多經典討論,其中有三個最著名的問題,一直到現在經久不衰。

一、雞兔同籠問題

這個數學問題出自南北朝時期的數學著作《孫子算經》。這本書的作者是誰不知道,但可以確定的是這本書和《孫子兵法》肯定沒關係。《孫子算經》之所以也冠以「孫子「的名號,是因為這本書開篇序言第一句話引用了孫子的話:「孫子曰:夫算者,天地之經緯,群生之園首,五常之本末,陰陽之父母……」

中國古代最著名的三道數學題,其中一題享譽世界,受到國際認可

孫子算經

這本書里最著名的一個問題就是雞兔同籠,我記得上小學那會,經常有這種類型的題。這個問題的原文是這麼說的:「今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,問雉兔各幾何?」

就是說,有一群雞和兔子在一個籠子里,頭一共35個,腳一共94個,問有多少只雞,多少只兔子。

我記得這種題目是以前學二元一次方程的入門題。設雞有x只,兔子有y只,列個方程:

x + y = 35

2x + 4y =94

然後算出x=23,y=12,所以雞有23隻,兔子12隻。

但是中國古人不懂二元一次方程,他們是怎麼算的呢。古人非常機智,他們的演算法比列方程還簡單。雞有兩隻腳,兔子有四隻腳,他們假設讓雞抬起一隻腳,讓兔子抬起兩隻腳,這個時候籠子里的腳就會少一半,就是94/2=47隻。這個時候的籠子里,雞是一隻腳一個頭,兔子是兩隻腳一個頭,而頭一共是35個,說明多出來的就是兔子的數量,所以47-35=12,兔子就是12隻。

二、物不知數問題

除了雞兔同籠問題,《孫子算經》上另一個著名問題就是「物不知數問題」。原文是這麼說的:「有物不知其數,三三數之餘二,五五數之餘三,七七數之餘二。問物幾何?」

把這個題化成數學語言就是:一個數被3除餘2,被5除餘3,被7除餘2,求這個數。

小編我上學時數學非常犀利,不吹牛,不過現在都忘光了,如果要我現在來做這個題,我只能用最笨的辦法:

被3除餘2,這個數就是3a+2

被5除餘3,這個數就是5b+3

被7除餘2,這個數就是7c+2

然後分別把a、b、c=1,2,3,4,5,6……代進去算,一個個試,找重複的答案,算出這個數最小是23。

這個問題有無數個答案,23隻是最小的一個。這個笨辦法只能算數字小的情況,如果數字大了就沒法算了,一個個試不知道要試到哪一年去。而我們古人的解法就非常牛逼了,古人是這麼解的:

先算出3、5、7的最小公倍數105,分別約去3、5、7得到35、21、15。

三三數之餘二,取數70,乘以餘數2,等於140;

五五數之餘三,取數21,乘以餘數3,等於63;

七七數之餘二,取數15,乘以餘數2,等於30;

把這三個結果相加,再減去105的倍數,就能算出符合條件的最小的數,也就是140+63+30-105x2=23。

能看懂古人這個解法的,頭條里可能不超過三個。反正小編我是看不懂為什麼這麼解。

這類問題在數學上稱為「一次同餘問題」,南北朝的《孫子算經》只是提出了一次同餘的解法,但並沒有歸納成一個定理。完成這個偉大任務的是宋朝數學家秦九韶,他第一個歸納出了解決一次同餘的定理。這個定理被稱為「中國剩餘定理(Chinese remainder theorem)」,是數論里的一個重要定理,也是西方數學世界對中國古代數學最認可的一個成就。在秦九韶幾百年後,歐拉和高斯研究一次同餘問題,得出了相同的定理。

中國古代最著名的三道數學題,其中一題享譽世界,受到國際認可

高斯

簡單來說就是,以後再碰到這種問題,一個數被幾除余幾,被幾除余幾,不管數字多大,都可以用這個定理求解。

三、老鼠打洞問題

這個問題出自古代數學名作《九章算術》。這本書的作者是誰也已經不知道了,從西漢到東漢一直有人不斷地做修補和整理,現在流傳下來的版本是魏晉數學家劉徽所作的注本。

中國古代最著名的三道數學題,其中一題享譽世界,受到國際認可

《九章算術》最大的一個特點是,它的數學內容涵蓋了生活的方方面面。書里有很多篇內容,比如方田篇,粟米篇,衰分篇(算比例分配), 商功篇(算土木體積),均輸篇,等等。

《九章算術》的「盈不足篇」里有一個很有意思的老鼠打洞問題。原文這麼說的:今有垣厚十尺,兩鼠對穿。大鼠日一尺,小鼠亦一尺。大鼠日自倍,小鼠日自半。問:何日相逢?各穿幾何?

這道題的意思就是說,有一堵十尺厚的牆,兩隻老鼠從兩邊向中間打洞。大老鼠第一天打一尺,小老鼠也是一尺。大老鼠每天的打洞進度是前一天的一倍,小老鼠每天的進度是前一天的一半。問它們幾天可以相逢,相逢時各打了多少。

其實這就是經典的相遇問題,只不過比一般的相遇問題稍微複雜點,因為兩個物體的速度一直在變化。這道題的答案大家可以算算。

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