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人、猴子和椰子的故事

有一个古老故事:有五个人和一只猴子在荒上乒搁浅了,它们以摘椰子为生.他们在采了一天的椰子后,沉沉的睡去了.半夜里有一个人醒了,他觉得应该得到自己的那一份,于是他起身把那堆椰子平均分成了五分,最后还多了一个,就把它给了猴子,他把自己的那份藏好后,就接着去睡觉了.一会儿,第二个人也醒了,起了同样的念头.他把剩下的椰子又平均分成了五份,又多了一给给了猴子.在藏好他的那有份后,他也去睡了.接着,第三个,第四个,第五个人都起了同样的念头,都一个一个去分,每次均多一个,并都给了猴子.

第二天早晨醒来,五个人一起把最后剩下的那堆椰子又分成了五份,这次一个都没剩,问他们一共摘了多少个椰子?

这是一个不定方程,有无穷多解,最小的一个是3121.

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对于此题,其实如果把它当成是纯数学的题的,不考虑真实事物,那么还有一个非常特别的解,那就是 -4,至于原因,大家可以自己去想想。

巧求平均数

刘老师给大家出了一道题。前进小学8个班去帮助农民摘豆角,每个班摘豆角的重量分别是:55 千克、50千克、48千克、54千克、49千克、53千克、54千克、53千克。问平均每班摘豆角多少千克?“看谁算得快。”刘老师鼓励说。于丰很快举手回答:“平均每班摘52千克。”刘老师点头说:“你能把计算的方法说一说吗?”于丰说:“求平均数有个窍门,就是先在这些数中确定一个基准数。比如,这道题就是以50为基准数。然后把5个班分别比基准数多出的千克数加起来,并从中减去剩下那2个班比基准数少的千克数,所得的数除以8,商再加上基准数,就是所求平均数。”刘老师高兴地说;“很好,于丰的这种方法我们可以给一个名字叫做‘减少加多法’。做的时候可以这样:先选好基准数50,然后从前往后看,多的数前写上加,少的数前写上减,也就是:5+0-2+4-l+3+4+3=1616÷8=250+2=52(千克)这就是平均每班摘的重量。”刘老师又说:“这样求平均数速度快,计算量小,是一种好方法。”

尾巴上的零

1×2×3×4×5×…×1990×1991的乘积末端有几个零?(中间的0不算)

从1一个不漏地乘到1991,这个数字实在太大了,不容易分析。因此,我们先从小处着手来解剖麻雀。先看1×2×3×4×5×6=720,其末位只有一个0,从而可以看出,在质因数的乘积中,只有2×5的积才会出现一个零。

有人会说,4×25=100,不是出现两个零吗?对!但是4×25=22×52=(2×5)2,可见还是2×5在起作用!

好比生病一样,病原菌已找到,问题就很清楚。另外又容易看到,在一串连续数的乘积中,因子2远比因子5要多,所以主要矛盾取决于5的个数,犹如在一个社团中,男多女少,结成配偶的对数就取决于女方了。

于是我们开始清点1×2×…×1991中含有多少个5的因子,先考虑单个的5,由于1991÷5的商数为398,这个数字就算出来了。

继续清点该连乘积中含有52=25的因子,如法炮制,可立即算出这个数字为79。

再清点53=125及54=625的因子个数,它们分别有15个和3个。由于能被动整除的数也可以被5整除,所以我们在清点时只计一次,不要重复。

于是我们可以马上判明在这个漫长的连乘积中,其尾巴上一共有

398+79+15+3=495

个零。顺便讲一句,495这个数倒也有趣,它是一个”再生数”,因为我们把这三个数码经重排后得到的最大三位数与最小三位数相减,还是可以得到495,即954-459=495。

摘自《趣味数学辞典》

鸡兔问题

一类属于二元一次方程组的有简捷解法的古老问题是” 鸡兔问题”,它起源于我国古代的一本数学书《孙子算经》(作者孙子的生平不详,大约是公元4世纪的人,不是《孙子兵法》的作者孙武)。《孙子算经》卷下第 三十一题是:”今有雉、兔同笼,上有三十五头,下有九十四足。问雉、兔各几何?该书给出了解法,最后的答案是:雉二十三,兔一十二”这里的”雉”俗称”野 鸡”,这类题目在我国通常称为”鸡兔问题”,传到日本后,典型的题目变成了”龟鹤同笼”,因此他们对这一类型的题目通称为”龟鹤问题”。

鸡兔问题在我国民间流传很广,在我国的农村或牧区,田地地头或人们休息时,有时会听到有些老年人向青少年提出这样的问题:”鸡免同笼三十九,一百条腿地上走,有多少只鸡?多少只兔?”这种题的正规解法是设鸡为x只,兔为y只,列出一元一次方程组

x+y=39,2x+4y=100

解此二元一次方程组就可以得到答案,应该说解这样的题并不困难。但是,由于它是在田边地头提出来的问题,一般是不用纸笔进行列方程解方程一类的计算,通常是用口算加心算(民间叫做”口碾账”)来求答案的,有时往往用的是简捷巧妙的算法: 以”鸡免同笼三十九,一百条脚地上”为例,有一种口算加心算的推理过程是这样的:如果生只兔子提起前面两条腿,那么每只鸡和兔子都只有两条腿站 在地上,39只鸡和兔在这时应该是78条腿站在地上,比先前的100条腿少了22条,这些腿是兔子们提起来的。由于每只兔子提起来两条腿,现在共提起来 22条腿,所以知道兔子一定是11只,39只鸡和兔中有11只是兔子,这说明其中的鸡一定是28只。

还有其他一些简捷解法,例如若把鸡当成3有4条腿的话,39只鸡和兔此时就会有156条腿,比100条腿多出56条腿,这时因为每只鸡多算了两条腿的缘 故。每只鸡多算两条腿就多出了56条腿,可见鸡是28只,鸡和兔一共是39只,鸡是28只,兔应当是11只。由于是心算,数字小一些算起来方便些,出错的 机会也少些,所以虽然两种算法道理相仿,但后一种解法略比前者繁些。

作为练习,我们可以用上述方法计算《孙子算经》中的那个已经有一千五百多年历史的趣题,算完后请自己核对答案。
第一届华罗庚金杯少年数学邀请赛时,一位主试委员将鸡免问题改成了一则有趣题,颇有意思,写在下面供参考。

例2.7 松鼠妈妈采松子,晴天每天可以采20个,雨天每天只能采12个,它一连共采了112个松了,平均每天采14个,问这几天当中有几天有雨?

解1 松鼠妈妈共用了
112÷14=8(天)
如果8天都是晴天,就能采到松子
20×8=160(个),
一个雨天比一个晴天少采松子
20-12=8(个),
现在共少采了
160-112=48(个)
因此雨天有
48÷8=6(天)

解2 松鼠妈妈共用了8天采松子,如果8天都是雨天,只能采到松子
12×8=96(个),
一个晴天比一个雨天要多采松子
20-12=8(个),
现在共多采了
112-96=16(个)
因此晴天有
16÷8=2(天)
雨天有
8-2=6(天)

评说:这里用的就是前面所说的”鸡免问题”的那两个简捷解法,对于参赛的小学生来说,不可能将列方程作为考试要求,因此也不会用列方程解方程的方法写标准答案。

以上问题都是关于一些特殊情况下的二元一次联立方程的简捷解法,我们在前面已经说过,列方程解方程是数学的基本功,是必须牢牢掌握的,简捷解法必须建立在有牢固的基本功的基础上。

一次联立方程在数学中称为”线性方程组”,它的示知数可以是2个、3个、4个或很多个,但每个方程都只能是一次方程,在我国,二千年前成书的《九章算术》 和公元263年由三国时魏国人、我国杰出数学家刘徽对《九章算术》所作的注释中,系统地阐述了解这类方程组的方法,称为”方程术”(兼用”正负术”),这 就是今天的线性代数学中用矩阵的初等变换将增广矩阵化为阶梯形矩阵的方法,过了一千几百年,在19世纪初,杰出的德国数学家高斯也发现了这一方法,从那以 后一直到今天,世界各国(包括我国)的书上都称这方法为”高斯消元法”,这其实”高斯消元法”是中国古法(有兴趣的读者请参看1985年第8期《数学通 报》上拙著《线性代数学简史》与1992年第1期《教材通讯》上拙著《高斯消元法是中国古法》)

不许通分

杭州市某小学曾举行过一次“数学竞赛”,其中有这样一道题,即计算:

1/2 + 1/6 + 1/12 + 1/20 + 1/30 + 1/42 + 1/56 + 1/72 + 1/90.

但是不准通分,并且要求在三分钟内完成计算。据说当时参加比赛的很多小学生都做出来了。

这种题目如果按平常的方法来做也不难,只是计算量大了一点儿,可是详细想想,就不难发现:

1/2 = 1 - 1/2

1/6 = 1/2*3 = 1/2 - 1/3

1/12 = 1/3*4 = 1/3 - 1/4

……

1/90 = 1/9 - 1/10

所以

1/2 + 1/6 + 1/12 + 1/20 + 1/30 + 1/42 + 1/56 + 1/72 + 1/90

=(1 - 1/2)+( 1/2 - 1/3)+(1/3 - 1/4)……+(1/9 - 1/10)

=1-1/10

=9/10。

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