谈古算题:“鸡兔同笼”问题

谈古算题 :“鸡兔同笼”问题

“鸡兔同笼”问题,是我国古代著名数学趣题之一,大约在1500年前,《孙子算经》里记载了这个有趣的问题:“今有雉(鸡)兔同笼,上(共)有三十五头,下(共)有九十四足,问雉兔各几何?”
从代数学科的角度看来,这是一个解方程组的问题,其解法非常简单,方法容易掌握。由于我国古代没有代数方法,对一些算题,采用的都是因题而异,个性特强的巧妙解法。今人把这种代数方法(设未知数、列方程)之外的算术解法统称为古算法。
我国历来对诗歌追崇简练优美,对古算法也一样。一个巧妙精简的解法,往往受到众人的推崇,称赞其解者聪明,而对其他较繁杂的解法,统统嗤之以鼻。今天看来,这是不对的。我们要知道,这种古算法看似简单漂亮,构思巧妙,但缺点是就题论题,其方法适用面窄,学生也不易掌握,只能是解者孤芳自赏。明明有车不让上,偏偏要人徒步行。也许有人会说,这是为了培养学生的思维方法。但我们觉得,这样培养出来的思维方法,往往不适应现代计算机的逻辑和特点,也与现代的科学实验方法格格不入。要求中小学生都

去掌握,实是得不赏失。多年来,情况越来越糟,有些想露一手的教师反而把一些原属于不定方程组的问题,退化变形为算术题,让学生去钻牛角尖,实是误人子弟。笔者认为对古算题,应该像对古诗、棋类一样,只可以让少数人去欣赏去钻研,不应强求所有人掌握,要提倡数学中的“白话文”。
实际上,作为培养学生的思维方法,除了代数方法之外,还有一些思路自然又易掌握的好解法,尽管它比较繁琐,不怎么漂亮,但它的思维与现代科学比较合拍。至于它的步骤繁琐这一问题,在当今计算机时代则已不是什么问题,反而是一个优点。笔者这里要谈一个思路自然比较容易掌握,而又有现代色彩的方法——“先试验后修正法”。
对于古算题,这个方法是先强行去掉(隐去)一些未知元,化为一个较简单的问题,求出其“参考解”,然后依靠这个“参考解”逐步去逼近真正的解。这种思维方法在现代科学和现代技术里,已被证明是最普遍使用,最先试用,而且往往是有效的科研方法。
下面就几个古算题,来介绍这种“先试验后修正法”(下面简称“另法”),每道题只给出这种“先试验后修正法”。至于该题可能有的,个性特强的巧妙古算解法,因在别的地方可以找到,又不是这里的话题,就不再写出。考虑到谈这些,学术性强,比较乏味,放在博客里不太合适,这里只谈极少数几个例题。

题1。“鸡兔同笼”问题。有若干只鸡兔同处一个笼子,从上面数有35个头;从下面数有94只脚。问笼中各有几只鸡和几只兔?
解(另法)。用“先试验后修正法”。先任意设定鸡兔的只数来试验,只要总数是35即可。为了减少计算步骤,居于鸡兔脚数比例是1:2,我们粗约设鸡和兔分别是20只和15只。这时共有100只脚(式2x20+4x15=100),比题意多出6只脚。因1只兔换成1只鸡可减少2只脚,3只兔换成3只鸡就合题意(式6/2=3),故题解是23只鸡和12只兔(式20+3=23,15-3=12)。注。也可任设别的数对,如假定全是鸡。
题2.学校买来3个一样的排球和2个一样的足球,共花去111元。一个足球比一个排球贵3元。问:排球和足球每个是多少元?
解(另法)。假定买的全是排球(先强制取消足球这个未知元),一共5个,共105元(式111-2x3=105,两个足球贵6元),于是每个排球21元(式105/5=21),每个足球就是24元(式21+3=24)。
题3。学校有大中小共12间宿舍,一共可住80人,其中大宿舍每间可住8人,中宿舍每间可住7人,小宿舍每间可住5人,问:大中小宿舍各有几间?
解(另法)。假定全是大宿舍,一共住12间(先强制取消小宿舍、中宿舍这两个未知元),可住96人(式12x8=96),多出16人(式96-80=16)。如把其中一间大宿舍换成一间小宿舍则可少住3人(式8-5=3),如把其中一间大宿舍换成一间中宿舍则可少住1人(式8-7=1),于是有如下调整后的三个答案:
答案1.小宿舍5间,中宿舍1间,大宿舍6间。(式3x5+1x1=16)
答案2.小宿舍4间,中宿舍4间,大宿舍4间。 (式3x4+1x4=16)
答案3.小宿舍3间,中宿舍7间,大宿舍2间。(式3x3+1x7=16)

题4。鸡兔共100只,同在一个笼子里,兔的脚数比鸡的脚数多70只。问笼中各有几只鸡和几兔?
解(另法)。假定鸡兔头数相等,都是50只,这时兔的脚数为200(式50x4=200),鸡的脚数为100(式50x2=100),兔总脚数与鸡总脚数之差为100,比题意的70多。我们将一只兔换成一只鸡,这时兔的总脚数少4,而鸡的总脚数多2,兔总脚数与鸡总脚数之差减少了6。逐步进行,过程如下:

兔的头数鸡的头数兔的总脚数与鸡的总脚数之差
5050100初始假设
495194(式100-6=94)第1步
485288(式94-6=88)第2步
475382(式88-6=82)第3步
谈古算题:“鸡兔同笼”问题
465476(式82-6=76)第4步
455570(式76-6=70)合题意,
答:笼中有55只鸡和45只兔.

题5。今年父母年龄之和是86,母年龄是儿子年龄的3倍.那么当父的年龄是儿子年龄的3倍时,母的年龄是几岁?
解(另法)。今年父母年龄之和是86,设母今年的年龄是43岁(式86/2=43)来试验,因43除以3除不尽,改取3的倍数42。设母今年的年龄是42岁,则今年儿年龄是14(式42/3=14),今年父年龄是44(式86-42=44)。一年后,儿年龄是15,父年龄45是儿年龄的3倍,合所求。故那时(一年后)母的年龄是43岁(式42+1=43)。
注。如今年母的年龄B依次取3的别的倍数39、36、33、30也可以,到那时母的年龄B'也都是43岁。见如下:

记今年父年龄为A,到那时父年龄为A';今年儿年龄为C,到那时儿年龄为C',则
B=39,A=47,C=13,B'=43, A'=51,C'=17.(4年后)
B=36,A=50,C=12,B'=43, A'=57,C'=19.(7年后)
B=33,A=53,C=11,B'=43, A'=63,C'=21.(10年后)
B=30,A=56,C=10,B'=43, A'=69,C'=23.(13年后)。

(未完待续)

题6.甲乙丙三学生一共解出100道不同的数学题,但每人只解出其中的60道题。这些题中,若只有一人解出的叫它难题,若只有两人解出的题叫它中等题,若三人都解出的题叫它容易题,问难题比容易题多几道?
解(另法)。设甲乙丙三学生做的都是难题,每人做60道难题。因每道难题只有一个人解出,故三学生共解出了180道题(式3x60 = 180),这比题意多出80道题(式180-100 =80)。调整如下:把3道难题(分别由3个人解出的)换为1道容易题,题数可少了2道(式3-1 =2),这样换出40道容易题,总题数就可少了80道。于是有
甲: 20道难题,0道中等题,40道容易题。
乙: 20道难题,0道中等题,40道容易题。
丙: 20道难题,0道中等题,40道容易题。
由于每人的20道难题是互不相同的,三个学生的难题总数就是60道,故难题总数比容易题总数多了20道(式60-40 =20)。
题7.学校举行数学竞赛,共有20道选择题。评分标准是:每做对一题得5分,做错一题扣2分,没做为0分。小红得了73分,问她有几题没有做?
解(另法)。先算出她最少要做对几道题。因5x15 =75,则她最少要做对15道题.题意是73分,75-73 =2,知她错一道题扣2分。答案是她一共做了16道题得了73分,还有4道题没做(式20-16 =4)。另,她要做对16道题以上,限于只有20道题,是不可能的。
题8.古题“以碗知僧”:“巍巍古寺在山中,不知寺内几多僧。三百六十四只碗,恰合用尽不差争。三人共食一碗饭,四人共尝一碗羹。请问先生能算者,道来寺内几多僧。”题目大意是:一座山中古寺,不知寺内有多少个僧,只知用餐时,3个和尚合吃一碗饭,4个和尚合喝一碗汤,恰好用尽364只碗。问寺里有多少个和尚。
解。饭碗数 = 1/3僧数,羹碗数 = 1/4僧数。依题意有,364 = 饭碗数+羹碗数 = 1/3僧数+1/4僧数 =7/12僧数,即僧数 = 364x12/7 = 624(人)。
题9.古题“汉果装箱”:千颗罗汉装十箱,顾客买果不拆箱。千颗之内随人买,问君怎样把箱装。
解。十个箱分别装1,2,4,8,16,32,64,128,256,512颗罗汉即可。
注。出此题者,已有二进位的原始扑素意识,可惜限于古代社会制度、思想文化意识的紧箍,未能发扬光大,反而弄出不知有什么好处的十六进位来。

  题10.一份稿件,甲单独打字需6小时完成,乙单独打字需10小时完成。现在甲替乙打一部份后,由乙接着打完,两人共用了7小时。问甲替乙打了多少小时?
解。甲、乙单独打字速度分别是每小时完成稿件总量的1/6和1/10,甲比乙每小时多打出总量的1/15(式1/6 - 1/10 = 1/15)。现在甲替乙打了一段,多打出总量的(10-7)/10 =3/10 , 故甲替乙打的时间 = (3/10 )/(1/15) = 9/2 =4.5(小时).
说明。前面谈的“先试验后修正法”,一般适用于离散变量(自然数变量)的方程组情况,不适用于连续变量的情况,如题10。总之,做算术题,除了不能用后面学的代数方法外,有简单方法就用简单方法(如题8),不行就用这种“先试验后修正法”试试,这种方法有枚举的味道。

上面谈的是平时学习用的,有利于提高思维能力。至于应付考试吗,有一种巧法可以用,但这里不能谈的。

(完)

  

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