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韩信点兵与中国剩余定理

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:韩信将军在操点士兵。排成七列纵队,剩3人。但是,因为105是3、5、7的公倍数,所以199加上、减去若干个105仍符合条件。韩信根据现场观察和值日副将的报告,选择了和1264最接近的解:94+11×105=1249。,b,其中b能被整除,被p除时余1,则x这个结果比西方大数学家欧拉、高斯对这个问题的系统研究早五百多年,被世界各国数学家们称为“中国剩余定理”。

韩信点兵与中国剩余定理

韩信将军在操点士兵。士兵排成三列纵队时,最后一伍只有一个人。排成五列纵队,剩4人。排成七列纵队,剩3人。韩信略想一下,便责问身旁的值日副将:刚才你报告今天到场的兵士是1264人,女际上怎么只有1249人呢?

这是中国古代流传于民间的一道趣味算题,叫做韩信点兵。还有四句歌诀,隐含了解题的法门:

“三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,

七子团圆正月半,除百零五便得知!”

歌诀里让人记住几个数:3与70,5与21,7与15,还有105,即3×7×5。这些数的用法是:题中三列纵队剩1人,用1乘70,5列纵队剩4人,用4乘21,7列纵队剩3人,用3乘15,三个乘积相加:

1×70+4×21十3×15=199这个199,是符合题中条件的士兵数目。因为199用3除余1,5除余4,7除余3。但是,因为105是3、5、7的公倍数,所以199加上、减去若干个105仍符合条件。这样一来,94,199,304,409,514,619,724,829,……,总之,94加上105的整数倍,都可能是答案。韩信根据现场观察和值日副将的报告,选择了和1264最接近的解:94+11×105=1249。

口诀里的70,21,15又是从何而来?原来:

70是5和7的公倍数,除以3余1,那么,5和7的公倍数中,为什么恰巧能找到除以3余1的数呢?原因是5×7和3互素——也就是说5×7和3没有大于1的公约数。只要两个整数a、b互素,a的倍数中一定有被b除余一的数。

韩信点兵题中“排成三列纵队剩一个人”,用数学语言表达,就是同余式

x≡1 (mod3)

这个x当然是士兵的数目,整个题目实际上就是求解同余式组

img16

这样的同余式组,最早出现在唐代的《孙子算经》书中。后来,宋代数学家秦九韶提出了这种同余式组的最一般形式:

x≡ak(modpk)(k=1,2,…n)

秦九韶用“大衍求一术”彻底解决了这个问题。设p1,p2,…,pn两两互素,用秦九韶的方法可以找出b1,b2,…,b,其中b能被img17整除,被p除时余1,则x

nkk的通解是x=a1b1+a2b2+…+anbn+mp1p2…pn(m=0,±1,±2,…)

这个结果比西方大数学家欧拉、高斯对这个问题的系统研究早五百多年,被世界各国数学家们称为“中国剩余定理”。

(任宏硕)  

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