中國有五千年的文明,在這個過程中,不光留下了四書五經等儒學經典,唐詩宋詞等文學作品,也留下過許多數學和科學的著作 。例如漢朝時成書的著作《九章算術》,總結了自秦代以來中國的數學成就,收錄了246個數學問題,涵蓋圖形雞兔同籠是幾年級學的、比例等內容,并提出了方程組和勾股定理的思想 。魏晉時期的數學家劉徽的著作《九章算術注》彌補了《九章算術》缺少定義和證明的缺陷,又將中國數學向前推進了一大步 。

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問題出處南北朝時期,中國又出現了另一部數學著作《孫子算經》,他的作者“孫子”并不是春秋時期的軍事家,具體身份已不可考 。在這部著作中最著名的一個問題就是“雞兔同籠”問題 。這個問題對整個世界的數學界都有很大影響,比如傳播到日本,就稱為“龜鶴算” 。現在,雞兔同籠也收錄在我國的小學課本中 。

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雞兔同籠問題的原文是:“今有雉、兔同籠,上有三十五頭,下九十四足 。問雉、兔各幾何?”

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意思是說:現在籠子里有雞(雉)和兔子在一起 。從上面數一共有三十五個頭,從下面數一共有九十四只腳,問一共有多少只雞、多少只兔子?

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古籍解法我們知道:雞和兔子都有一個頭,雞有兩只腳,兔子又四只腳 。現在已知雞和兔子的頭數和腳數,求雞和兔子各有多少 。孫子算經中也給出了算法:
“上置三十五頭,下置九十四足 。半其足,得四十七 。以少減多 。”
我們來翻譯一下:
首先,將腳的總數除以2,即94÷2=47
然后,用這個數字減去頭數35,即47-35=12就是兔子的頭數 。
于是雞的頭數自然是用總頭數減去兔子頭數,35-12=23只雞 。
這個算法的原因在哪里呢?我們來解釋一下 。
首先,用腳數除以2的含義就是讓每只動物的腳數都變為原來的一半 。雞原本有兩只腳,抬起一只金雞獨立就好 。兔子有四只腳,需要把兩個前腿抬起來 。這樣一來,每只雞有1只腳,每只兔子有兩只腳,一共有94÷2=47只腳 。
第二步,將腳數47減去頭數35得到12 。這個意思是說:讓每只動物的腳再減少1只 。由于雞已經金雞獨立了,再減少一只就坐在地上了 。兔子還剩下2只腳,減少1只就是單腿站立了 。
由于此時雞已經沒有腳了,而兔子只有一只腳站在地上,所以這12只腳就代表了12只兔子 。一共有35只動物,所以雞就是23只了 。
總結起來,《孫子算經》的算法就是利用腳數的變換,將“雞2只腳、兔子4只腳”這個麻煩事變成“雞沒有腳,兔子1只腳”的簡單事 。在《奔跑吧兄弟》中的男嘉賓包貝爾就是利用這種方法解決雞兔同籠問題的,瞬間圈粉無數 。
方程解法當然,用這種方法解決問題,還是有點復雜 。每個問題都要重新分析和求解 。在現代數學中,方程法是解決這種問題的利器 。其實,在《九章算術》中就提出了“方程”的概念 。只是,中國古代對于方程尤其是高次方程的解法還停留在數值解階段,沒有給出通用的解析解 。
如果我們用方程法解決雞兔同籠問題,整個解法就變得非常傻瓜化了 。
我們設雞有x只,兔子有y只,那么雞有2x只腳,兔子有4y只腳,根據題目中的條件可以列出方程組:
這是一個二元一次方程組,它的基本解法是消元法,即把某個等式中的x或y消掉,求出另一個量來 。
首先,我們對第二個方程兩邊同時除以2,得到:
然后,我們再用這個新的方程與第一個方程兩邊做差
再把y=12代入第一個式子
我們會發現,孫子算經將腳數除以2再減去頭數的做法其實與方程解法中的首字母化成相同,再做差的方法如出一轍 。只可惜,我們的數學研究多數以解決實際問題為主,而缺少更加普遍系統化的解法總結,西方數學家在這方面的工作則深刻的多 。
也許,在許多國人看來,問題解決就好,不需要再花精力去研究純數學這種“無用”的知識吧 。然而,許多一流的數學家都不是為了解決實際生產中的問題而研究數學,他們只是因為對數學的熱愛和興趣 。而他們的成果卻在不經意之間、或在幾百年后,深刻的影響了世界 。
留個作業講了這么多,是不是可以留個習題了?《九章算術》卷8種有這樣一個問題:
“今有上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,實三十九斗;上禾二秉,中禾三秉,下禾一秉,實三十四斗;上禾一秉,中禾二秉,下禾三秉,實二十六斗 。問上、中、下禾實一秉各幾何?”
【雞兔同籠是幾年級學的,二年級怎樣做雞兔同籠題】意思是說:現在這里有上等黍3捆、中等黍2捆、下等黍1捆,打出的黍共有39斗;有上等黍2捆、中等黍3捆、下等黍1捆,打出的黍共有34斗;有上等黍1捆、中等黍2捆、下等黍3捆,打出的黍共有26斗 。問1捆上等黍、1捆中等黍、1捆下等黍各能打出多少斗黍?
顯然,這是一個三元方程問題,大家可以嘗試著用算術法和方程法,把它解決 。
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