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巧妙利用数学知识打仗的历史故事,韩信点兵的数学原理?

韩信点兵是一个有趣的游戏,如果你随便拿一把棋子(数目在100粒左右),先3粒3粒数,不满3粒的记下余数;再5粒5粒数,不满5粒的记下余数;最后7粒7粒地数,也把余数记下来。然后根据每次的余数,就可以知道你原来拿的棋子总共有多少。

如:3个一数余1粒,5个一数余2粒,7个一数余2粒,那么原有棋子是多少呢?

它的算法很简单,而且在我国古代就有。宋朝周密叫它“鬼谷算”或“隔墙算”;杨辉叫它“剪管术”;而“韩信点兵”是较通行的名称。至于它的算法,在《孙子算经》上早有说明,后来在宋朝经过数学家秦九韶的推广,又发现了一种算法,叫“大衍一术”。这就是外国人所称的“中国剩余定理”,是数学史上极有名的问题。

那么到底怎样来计算呢?

A×70+b×21+c×15-105

其中a、b、c分别为3个、5个、7个一数的余数。如果得出数还是比105大,就再减去105,一直到得数比105小为止。

因此你可以很容易地知道,前面问题的答案了

1×70+2×21+2×15-105=37(粒)。

那么“韩信点兵”里为什么要3个一数,5个一数,7个一数呢?周其它的数可以吗?我们先研究一下“韩信点兵”的解法“70a+21b+15c-105”。

我们先来看一下70、21、15、105这4个数和3、5、7之间的关系:

(1)70=2×5×7,70=3×23+1,所以70是5和7的一个公倍数,它被3除后余数是1.

(2)同理,21是3与7的一个公倍数,它被5除后余数是1.

(3)15是3与5的一个公倍数,它被7除后余数是1.

(4)105=3×5×7,是3、5、7的最小公倍数。

根据上面的这些关系,“70a+21b+15c-105”确实是所求的得数。所以,70a+21b+15c-105被3除的余数是1。据同样的道理,这个数被5除后的余数是2,被7除后余数是2.

那么,“韩信点兵”里为什么要用3、5、7这三个数呢?我们知道,3、5、7中任意两个数的最大公约数都是1,也就是说是两两互素。于是就可以找到这样一个数,是3、5、7其中两个数的公倍数,而被另一个数除后余数是1,类似70、21、15。这也就是“韩信点兵”中的三个数的要求。

那么不是两两互素的数,是不是就一定找不到类似70、21、15的数呢?如4、6、7这三个数,4与6不是互素,它们的最大公约数是2,而6与7的任何一个公倍数都是偶数,被偶数4除后的余数也一定是偶数,而不可能是1,所以是找到与70、21、15相当的三个数的。因此在“韩信点兵”里就不能用。

我们也可以不用3、5、7这三个数,而换成其它两两互素的数,如2、3、11.这时的计算式是“33a+22b+12c-66”。不信的话,你可以用上文中的例子试一试,看是不是37粒。

16世纪末,法国在同西班牙的战争中,西班牙依仗着密码,在法国境内秘密地自由通讯,交通情报,结果使法军连连败退。

法国国王请来当时很有名望的数学大师韦达进行帮助,韦达借助数学知识,成功地破译了一份西班牙的数百字的密码,从而使法国只用两年时间就打败了西班牙,韦达在这次战争中立了大功。

但是,西班国王菲力普二世向教皇控告说,法国人在对付西班牙时采用了魔术。

于是,西班牙宗教裁判所,以韦达背叛上帝的罪名进行缺席判决,要将韦达处以焚烧的极刑。

当然,宗教的野蛮刑法未能实现,韦达于1603年12月13日在巴黎逝世,终年63岁。

韦达死后,人们誉他为“代数之父”。

韦达于1540年生在法国的丰特内,本名叫佛兰西斯·韦埃特。

韦达是他的拉丁名字。

他的专业是学律师的,曾任过布列塔尼议会议员、那瓦尔的亨利亲王的枢密顾问官。

他对天文学、数学有着浓厚的兴趣,经常利用业余时间研究数学。

1584年到1589年,由于他在政治上处于反对派地位,被免去了官职。

从此,他便专心致力于数学的研究。

在从政期间,韦达研究丢番图、塔尔塔利亚、卡尔丹诺、邦别利、斯提文等人的著作。他从这些名家,特别是从丢番图那里,获得了使用字母的想法。

在韦达之前的一些大学者,包括欧几里得、亚里斯多德在内,虽曾用字母代替过特定的数,但他们的用法不是经常的、系统的。

韦达是第一个有意识地、系统地使用字母代替数进行数学运算的人。

他不仅用字母表示未知量和未知量的乘幂,而且还用来表示一般系数。

通常,他用辅音字母表示已知量,用元音字母表示未知量。

他的做法是划时代的,从而奠定了代数学的基础,对代数的国际通用语言的形成起到了极为重要的作用。

1591年,韦达出版了他的代数学专著《分析方法入门》,这是历史上第一部符号代数学。它明确了“类的算术”和“数的算术”的区别,即代数与算术的分界线。

据载,韦达还以他精湛的数学知识,为国家赢得了荣誉。

当时,比利时有一位数学家,名叫罗梅纽斯,深受国王推崇,国民也深感自豪和骄傲。一次,比利时的大使向法国国王亨利四世夸口道:“你们法国还没有一个数学家能解开我国数学家罗梅纽斯的一个关于45次方程的求根问题。”原来,这道45次方程是罗梅纽斯于1573年在他的《数学思想》一书提出来的。

面对比利时的挑战,亨利四世决定在国内挑选数学家来解开此题,以长国威。谁知找了不少数学教授都找不到答案,国王心里十分烦闷,如同丧权辱国一般。

一天,国王将此题给韦达看,韦达说:“一个相当简单的问题,我马上就能给出正确答案。”因为韦达看出,这个方程是依赖于sin45θ与sinθ之间的关系,所以几分钟内就求出了两个根。国王见了答案,高兴地说道:“韦达是我国乃至全世界最伟大的数学家。”接着便赏给韦达500法郎。

韦达生前写出不少著作,但多数没有出版发行。

有一部《论方程的整理与修改》,是在他去世12年后才出版的。

在书中,韦达把5次以内的多项式系数表示成其根的对称函数。

他还提出了4个定理,清楚地说明了方程的根与其各项系数之间的关系———即韦达定理。

此定理至今仍在使用。

他还为一元三次方程、四次方提供了可靠的解法,为后来利用高等函数求解高次代数方程开辟了新的道路。

另外,韦达利用欧几里得的《几何原本》第一个提出了无穷等比级数的求和公式,发现了正切定律、正弦差公式、纯角球面三角形的余弦定理等。韦达利用代数法分析几何问题的思想,正是后来的数学家笛卡尔解析几何思想的出发点。笛卡尔说他是继承韦达的事业。

直到1646年,韦达死后的40多年之后,他的全部著作才由荷兰数学家范·施库腾等人整理成书,名为《韦达全集》。

小学数学故事:齐威王与大将田忌赛马

战国时期,齐威王与大将田忌赛马,齐威王和田忌各有三匹好马:上马,中马与下马。

比赛分三次进行,每赛马以千金作赌。

由于两者的马力相差无几,而齐威王的马分别比田忌的相应等级的马要好,所以一般人都以为田忌必输无疑。

但是田忌采纳了门客孙膑(着名军事家)的意见,用下马对齐威王的上马,用上马对齐威王的中马,用中马对齐威王的下马,结果田忌以2比1胜齐威王而得千金。

这是我国古代运用对策论思想解决问题的一个范例。

齐国的大将田忌常同齐威王进行跑马比赛。他们在比赛前,双方各下赌注,每次比赛共设三局,胜两次以上的为赢家。然而,每次比赛,田忌总是输给齐威王。这天,田忌赛马时又输给了齐威王。

回家后,田忌十分郁闷,他把赛马失败引起的不快告诉了孙膑。孙膑是大军事家孙武的后代,足智多谋,熟读兵书战策,深谙兵法,只是曾被魏国将军庞涓谋害造成双腿残疾,不能率兵打仗。他被田忌救到齐国后,很受器重。田忌待他为上宾,请他当了军师。

孙膑说:“将军与大王的马我看了。其实,将军的三等马匹与大王的都差那么一点儿。您第一局派出的是上等马与大王的上等马赛,第二局派中等马与大王的中等马赛,第三局派下等马与大王的下等马赛。

您这样总按常规派出马与大王的马比赛,您永远会输。

”田忌不解地问:“不这样,又怎么办呢?” 孙膑对田忌说:“下次赛马时,您照我说的办法派出马匹,一定会取胜的,您只管多下赌注就是了。

”田忌听了,大喜。

这次他主动与齐威王相约,择日再进行赛马。

齐威王听了,不屑地说:“田将军又想给寡人送银子了,再比,将军也是输。

赛马这一天到了。双方的骑士和马匹都来到赛马场上。齐威王和田忌在看台上饶有兴致地观看比赛。孙膑也坐着车子,坐在田忌的身旁。

赛马开始了,第一局田忌派出了自己的下等马,对阵齐威王的上等马。结果可想而知,田忌输掉了第一局。齐威王十分得意。第二局,田忌派出了自己的上等马对阵齐威王的中等马。结果,田忌赢了第二局。

第三局,田忌派出自己的中等马对阵齐威王的下等马,田忌又赢了第三局。三局两胜,田忌第一次在赛马比赛中战胜了齐威王。由于事先田忌下了很大的赌注,他把前几次输掉的银子都赚了回来,还略有盈余。[

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