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中國剩余定理——韓信點兵

來源:奧數(shù)網(wǎng)整理 2010-08-25 11:08:39

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  民間傳說著一則故事——“韓信點兵”。

  秦朝末年,楚漢相爭。一次,韓信將1500名將士與楚王大將李鋒交戰(zhàn)。苦戰(zhàn)一場,楚軍不敵,敗退回營,漢軍也死傷四五百人,于是韓信整頓兵馬也返回大本營。當(dāng)行至一山坡,忽有后軍來報,說有楚軍騎兵追來。只見遠(yuǎn)方塵土飛揚,殺聲震天。漢軍本來已十分疲憊,這時隊伍大嘩。韓信兵馬到坡頂,見來敵不足五百騎,便急速點兵迎敵。他命令士兵3人一排,結(jié)果多出2名;接著命令士兵5人一排,結(jié)果多出3名;他又命令士兵7人一排,結(jié)果又多出2名。韓信馬上向?qū)⑹總冃迹何臆娪?073名勇士,敵人不足五百,我們居高臨下,以眾擊寡,一定能打敗敵人。漢軍本來就信服自己的統(tǒng)帥,這一來更相信韓信是“神仙下凡”、“神機妙算”。于是士氣大振。一時間旌旗搖動,鼓聲喧天,漢軍步步進(jìn)逼,楚軍亂作一團。交戰(zhàn)不久,楚軍大敗而逃。

  在一千多年前的《孫子算經(jīng)》中,有這樣一道算術(shù)題:

  “今有物不知其數(shù),三三數(shù)之剩二,五五數(shù)之剩三,七七數(shù)之剩二,問物幾何?”按照今天的話來說:一個數(shù)除以3余2,除以5余3,除以7余2,求這個數(shù).

  這樣的問題,也有人稱為“韓信點兵”.它形成了一類問題,也就是初等數(shù)論中解同余式.這類問題的有解條件和解的方法被稱為“中國剩余定理”,這是由中國人首先提出的.

  ①有一個數(shù),除以3余2,除以4余1,問這個數(shù)除以12余幾?

  解:除以3余2的數(shù)有:

  2,5,8,11,14,17,20,23….

  它們除以12的余數(shù)是:

  2,5,8,11,2,5,8,11,….

  除以4余1的數(shù)有:

  1,5,9,13,17,21,25,29,….

  它們除以12的余數(shù)是:

  1,5,9,1,5,9,….

  一個數(shù)除以12的余數(shù)是唯一的.上面兩行余數(shù)中,只有5是共同的,因此這個數(shù)除以12的余數(shù)是5.

  如果我們把①的問題改變一下,不求被12除的余數(shù),而是求這個數(shù).很明顯,滿足條件的數(shù)是很多的,它是5+12×整數(shù),

  整數(shù)可以取0,1,2,…,無窮無盡.事實上,我們首先找出5后,注意到12是3與4的最小公倍數(shù),再加上12的整數(shù)倍,就都是滿足條件的數(shù).這樣就是把“除以3余2,除以4余1”兩個條件合并成“除以12余5”一個條件.《孫子算經(jīng)》提出的問題有三個條件,我們可以先把兩個條件合并成一個.然后再與第三個條件合并,就可找到答案.

  ②一個數(shù)除以3余2,除以5余3,除以7余2,求符合條件的最小數(shù).

  解:當(dāng)某數(shù)被3除余1對,即寫上70(因為70是5和7的倍數(shù),是3的倍數(shù)多1),余2時即寫70×2=140,這140仍是5和7的倍數(shù),是3的倍數(shù)余2。某數(shù)被5除余1,即寫上21(因為21是3和7的倍數(shù)、5的倍數(shù)余1),余2時,則寫上21×2=42,余3時,則寫上21×3=63。某數(shù)被7除余1時,即寫上15(因為15是3和5的倍數(shù),是7的倍數(shù)余1),余2時,則寫上15×2=30。根據(jù)題意,把70×2+21×2+15×2計算出來結(jié)果。然后減去3、5、7的最小公倍數(shù)105,一直減到少于105為止,就得到了符合題目的數(shù):

  70×2+21×3+15×2-105×2=23

  即此數(shù)是23。

  那么韓信點的兵在1000-1500之間,應(yīng)該是70×2+21×3+15×2+105×9=1073

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