韓信是中國古代一位有名的軍事家,民間流傳著許多他的故事,韓信點兵便是其中最為耳熟能詳?shù)墓适轮弧mn信點兵的背后蘊含著怎樣的奧秘?中國剩余定理對現(xiàn)代又有何啟示?
韓信點兵的奧秘
秦朝末年,楚漢相爭。一次,韓信率1500名將士與楚王大將李鋒交戰(zhàn)??鄳?zhàn)一場,楚軍不敵,敗退回營,于是,韓信整頓兵馬也返回大本營。當行至一山坡,忽有后軍來報,說有楚軍騎兵追來。只見遠方塵土飛揚,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。
韓信命令士兵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總冃迹骸拔臆娪?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?!币粫r間旌旗搖動,鼓聲喧天,漢軍步步逼近,楚軍亂作一團。交戰(zhàn)不久,楚軍大敗而逃。部將好奇地問韓信:“大帥是如何迅速地算出我軍人馬的呢?”韓信說:“根據(jù)編隊時排尾的余數(shù)算出來的?!?/p>
韓信是怎么算出來的
韓信到底是怎么算出來的呢?
這也是中國古代的一道趣味算術(shù)題。有一首四句詩隱含了解題的思路:
三人同行七十稀,五樹梅花廿一枝。
七子團圓正半月,除百零五便得知。
詩里讓人記住這幾個數(shù)字:3與70,5與21,7與15,還有105(也就是3、5、7的公倍數(shù))。這些數(shù)是什么意思呢?題中3人一列多2人,用2×70;5人一列多3名,用3×21;7人一列多2人,用2×15,三個乘積相加:
2×70+3×21+2×15=233
用233除以3余2,除以5余3,除以7余1,符合題中條件。但是,因為105是3、5、7的公倍數(shù),所以233加上或減去若干個105仍符合條件。這樣一來,128、338、443、548、653……都符合條件??傊?,233加上或減去105的整數(shù)倍,都可能是答案。韓信根據(jù)現(xiàn)場觀察,得出了1073這個數(shù)字。
詩歌里的數(shù)字又是怎么得來的呢?
70是5和7的公倍數(shù),除以3余1;
21是3和7的公倍數(shù),除以5余1;
15是3和5的公倍數(shù),除以7余1。
中國剩余定理
《孫子算經(jīng)》也有類似的問題:“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?”
答曰:“二十三?!?/p>
術(shù)曰:“三三數(shù)之剩二,置一百四十,五五數(shù)之剩三,置六十三,七七數(shù)之剩二,置三十,并之,得二百三十三,以二百一十減之,即得。凡三三數(shù)之剩一,則置七十,五五數(shù)之剩一,則置二十一,七七數(shù)之剩一,則置十五,即得?!?/p>
什么意思呢?用現(xiàn)代語言說明這個解法就是:
首先找出能被5與7整除而被3除余1的數(shù)70,被3與7整除而被5除余1的數(shù)21,被3與5整除而被7除余1的數(shù)15。如果所求的數(shù)被3除余2,那么就取數(shù)70×2=140,140是被5與7整除而被3除余2的數(shù)。如果所求數(shù)被5除余3,那么取數(shù)21×3=63,63是被3與7整除而被5除余3的數(shù)。如果所求數(shù)被7除余2,那就取數(shù)15×2=30,30是被3與5整除而被7除余2的數(shù)。
140+63+30=233,由于63與30都能被3整除,所以233與140這兩數(shù)被3除的余數(shù)相同,都是余2,同理233與63這兩數(shù)被5除的余數(shù)相同,都是3,233與30被7除的余數(shù)相同,都是2。所以233是滿足題目要求的一個數(shù)。105是3、5、7的公倍數(shù),前面說過,凡是滿足233加減105的整數(shù)倍的數(shù)都是符合題意的,因此依定理譯成算式解為:
70×2+21×3+15×2=233
233-105×2=23
這就是有名的“中國剩余定理”,或稱“孫子定理”,和韓信點兵是一個道理。
《孫子算經(jīng)》的“物不知其數(shù)”題雖然開創(chuàng)了一次同余式研究的先河,但真正從完整的計算程序和理論上解決這個問題的是南宋數(shù)學家秦九韶,他在他的《數(shù)學九章》中提出了一個數(shù)學方法,稱之為“大衍求一術(shù)”?!按笱芮笠恍g(shù)”不僅在當時處于世界領(lǐng)先地位,在近代數(shù)學和現(xiàn)代電子計算設(shè)計中,也起到了重要作用,被稱為“中國剩余定理”。
在小學課本中,往往會看到這樣的題目:有一個年級的同學,每9人一排多5人,每7人一排多1人,每5人一排多2人,問這個年級至少有多少人?求解的方法就是“剩余定理”。
(新華網(wǎng)2018.8.7等)