自信来自成功
——由一道数学阅读思考题想到的
在女儿的暑假作业上有这样一道阅读思考题:
中国剩余定理
《孙子算经》中有“物不知数”问题:今有物不知其数,三三数之余二,五五数之余三,七七数之余二,问物几何。
程大位曰:“三人同行七十稀,五树梅花廿一枝。七子团圆月正半,除百零五变得知.”答案是23.
老师解释他的解法就是用70乘3除所得的余数,21乘5除所得的余数,15乘7除所得的余数,然后总加起来,除以105的余数就是答案。这种解法也称为中国的剩余定理。
我一向对数学颇感兴趣,想搞明白这剩余定理到底是个什么计算过程,什么计算原理,也好给女儿讲一讲,共同研究研究,也算是开发开发智力。
可是我把这道题翻来覆去地看,就是琢磨不出一点头绪来。我便向学历比我高的老公求教。老公拿着那道题,读两遍,沉吟片刻,一拍大腿,果断地说:“这道题讲错了。”
嘿,好大的口气,我看不懂的题你说它讲错了,太贬低本老师了吧。我看不懂只是觉得自己脑子笨,你竟然说是出错了,咋,显得你比咱能还是咋的。
“不会吧,你再看看。”
“肯定是讲错了,小学生的题连你我这样智商的人都看不懂,不是错了是啥?”
“不会吧?”
“不信,我去查查百度。”
凑在电脑前。看到百度上是这样讲的:
1、中国剩余定理概念:
中国古代求解一次同余式组(见同余)的方法。是数论中一个重要定理。又称中国剩余定理。
好家伙,小学生的暑假作业上出现了高等数学(数论)的知识,拓展这么深,值得研究研究。
2、孙子问题的解法,以现代的说法,是找出三个关键数70,21,15。解法的意思就是用70乘3除所得的余数,21乘5除所得的余数,15乘7除所得的余数,然后总加起来,除以105的余数就是答案。
这个除以就是把我们迷惑住的地方,其实不应是除,而应是减去。暑假作业上的讲解果然有问题,老公好样的。
题目的答案为 70×2+21×3+15×2
=140+63+30
=233
233-2×105=23
公式:70a+21b+15c-105n
可是为什么要用70、21、15这几个数呢?
3、解法中的三个关键数70,21,15,有何妙用,有何性质呢?首先70是3除余1而5与7都除得尽的数,所以70a是3除余a,而5与7都除得尽的数,21是5除余1,而3与7都除得尽的数,所以21b是5除余b,而3与7除得尽的数。同理,15c是7除余c,3与5除得尽的数,总加起来 70a+21b+15c 是3除余a,5除余b ,7除余c的数,也就是可能答案之一,但可能不是最小的,这数加减105(105=3*5*7)仍有这样性质,可以多次减去105而得到最小的正数解。
噢,原来如此呀!
4、 孙子算法的关键,在于70、21和15这三个数的确定。后来流传的《孙子歌》中所说“七十稀”、“廿一枝”和“正半月”,就是暗指这三个关键的数字。《孙子算经》没有说明这三个数的来历。实际上,它们具有如下特性:
也就是说,这三个数可以从最小公倍数M=3×5×7=105中各约去模数3、5、7后,再分别乘以整数2、1、1而得到。假令k1=2,K2=1,K3=1,那么整数Ki(i=1,2,3)的选取使所得到的三数70、21、15被相应模数相除的时候余数都是1。由此出发,立即可以推出,在余数是R1、R2、R3的情况下的情况。
应用上述推理,可以完全类似地把孙子算法推广到一般情形:设有一数N,分别被两两互素的几个数a1、a2、……an相除得余数R1、R2、……Rn,即
N≡Ri(mod ai)(i=1、2、……n),
只需求出一组数K,使满足
1(mod ai)(i=1、2、……n),
那么适合已给一次同余组的最小正数解是
(P是整数,M=a1×a2×……×an),
这就是现代数论中著名的剩余定理。如上所说,它的基本形式已经包含在《孙子算经》“物不知数”题的解法之中。不过《孙子算经》没有明确地表述这个一般的定理。
哈哈,我看懂高等数学题啦!多了不起!
5、案例:中国剩余定理算理及其应用:
为什么这样解呢?因为70是5和7的公倍数,且除以3余1。21是3和7的公倍数,且除以5余1。15是3和5的公倍数,且除以7余1。(任何一个一次同余式组,只要根据这个规律求出那几个关键数字,那么这个一次同余式组就不难解出了。)把70、21、15这三个数分别乘以它们的余数,再把三个积加起来是233,符合题意,但不是最小,而105又是3、5、7的最小公倍数,去掉105的倍数,剩下的差就是最小的一个答案。用歌诀解题容易记忆,但有它的局限性,只能限于用3、5、7三个数去除,用其它的数去除就不行了。后来我国数学家又研究了这个问题,运用了像上面分析的方法那样进行解答。
例1:一个数被3除余1,被4除余2,被5除余4,这个数最小是几?题中3、4、5三个数两两互质。则〔4,5〕=20;〔3,5〕=15;〔3,4〕=12;〔3,4,5〕=60。为了使20被3除余1,用20×2=40;使15被4除余1,用15×3=45;使12被5除余1,用12×3=36。然后,40×1+45×2+36×4=274,因为,274>60,所以,274-60×4=34,就是所求的数。
例2:一个数被3除余2,被7除余4,被8除余5,这个数最小是几?题中3、7、8三个数两两互质。则〔7,8〕=56;〔3,8〕=24;〔3,7〕=21;〔3,7,8〕=168。为了使56被3除余1,用56×2=112;使24被7除余1,用24×5=120。使21被8除余1,用21×5=105;然后,112×2+120×4+105×5=1229,因为,1229>168,所以,1229-168×7=53,就是所求的数。
例3:一个数除以5余4,除以8余3,除以11余2,求满足条件的最小的自然数。题中5、8、11三个数两两互质。则〔8,11〕=88;〔5,11〕=55;〔5,8〕=40;〔5,8,11〕=440。为了使88被5除余1,用88×2=176;使55被8除余1,用55×7=385;使40被11除余1,用40×8=320。然后,176×4+385×3+320×2=2499,因为,2499>440,所以,2499-440×5=299,就是所求的数。
例4:有一个年级的同学,每9人一排多5人,每7人一排多1人,每5人一排多2人,问这个年级至少有多少人 ?(幸福123老师问的题目)题中9、7、5三个数两两互质。则〔7,5〕=35;〔9,5〕=45;〔9,7〕=63;〔9,7,5〕=315。为了使35被9除余1,用35×8=280;使45被7除余1,用45×5=225;使63被5除余1,用63×2=126。然后,280×5+225×1+126×2=1877,因为,1877>315,所以,1877-315×5=302,就是所求的数。
例5:有一个年级的同学,每9人一排多6人,每7人一排多2人,每5人一排多3人,问这个年级至少有多少人 ? 题中9、7、5三个数两两互质。则〔7,5〕=35;〔9,5〕=45;〔9,7〕=63;〔9,7,5〕=315。为了使35被9除余1,用35×8=280;使45被7除余1,用45×5=225;使63被5除余1,用63×2=126。然后,280×6+225×2+126×3=2508,因为,2508>315,所以,2508-315×7=303,就是所求的数。(例5与例4的除数相同,那么各个余数要乘的“数”也分别相同,所不同的就是最后两步。)
经过反复看演练和思考,我终于看懂应用剩余定理做题了。
看懂了不等于会用了。就像记住了游泳的要领不下河去试一试还不能说会游泳了。利用思考所得,我尝试去解决暑假作业上设置的问题。
同学们排队做操,每3人一列余1人,5人1列余2人,7人1列余4人,13人1列余6人。问:共有多少名学生?
几经周折、几番错误终于算出了正确答案。方法同例题一样,答案是487.哈哈。我的自信心瞬间增强。
在做题之余,我进一步思考,面对同一道思考题,我为什么和老公的反应不一致呢?这就是我缺乏一份自信。
题目是试金石,它能检验出谁是金刚钻。自信的人勇于挑战,勇于尝试,会进行分析、推理、判断和总结。通过自己的大脑,发现题目中或实践中出现矛盾冲突的地方,果断求证,取得真知。比萨斜塔上的伽利略、罗马广场的布鲁诺,教廷的哥白尼等等,历史上的伟人都是自信的人,他们用自己的自信开创了科学的历史,将人类引出迷雾。平凡的人也需要自信,自信是立人之本,自信时成长之源,自信是快乐之根。
我们所推行的素质教育,就是要培养出能独立思考的人,课堂上要把思考的过程让学生来承担,老师可以起一个推动作用,但绝对不要代替。当学生体会到思考的快乐,自信心自然就建立起来了。
毛泽东主席说:“自信人生二百年,会当击水三千里。”意思是说要征服自然,打破人生的极限;要做一番大事业,要有鲲鹏水击三千里的凌云壮志。这是怎样一种豪迈气概!
自信是生命的翅膀,带着我们九天飞翔!