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天才与锻炼 ——从沙昆塔拉快速计算所想到的轰动听闻的消息
提问者写下一个201位的 数：916，748，679，200，391，580，986，609， 275，853，801，624，831，066，801，443，086，224，071，265，164，279， 346，570，408，670，965，932，792，057，674，808，067，900，227，830， 163，549，248，523，803，357，453，169，351，119，035，965，775，473， 400，756，816，883，056，208，210，161，291，328，455，648，057，801， 588，067，711 解答者马上回答：这数的23次方根等于9位数546，372，891. 《环球》杂志的一篇文章中是这样说的(请参阅《环球》1982年第3期《胜过电子计算机的人》一文)：印度有一位37岁的妇女沙昆塔拉在计 算这道题时速度超过了一台最先进的电子计算机.这台在美国得过奖的最现代化、最尖端的产品Univac 1180型电子计算机在算这道题时，要先馈入近2万个指令和数字单元，然后才能开始计算.它整整用了一分钟时间才算出结果.而沙昆塔拉在教授在黑板上用了 4分钟写出这个201位数后，仅用50秒钟就算出了以上的答案.美国报纸称她为数学魔术师，轰动一时！文章末尾还神秘地说，在她快生孩子的一个星期，她的 计算能力出了问题.
面对这样的问题怎么办？
看到上述消息，可能有以下几种态度：一是惊叹，望尘莫及，钦佩之至，钦佩之余也就罢了.二是不屑一顾，我是高等数学专家，岂能为这些区区计
算而浪费精力.三是我掌握着快速电子计算机，软件有千千万，她一次胜了我算个啥！老实说，有上述这些思想是会妨碍进步的.第一种态度是没出息，不想和高手 较量较量.第二种态度是自命不凡.实际上连计算也怕的人，能在高等数学上成为权威吗？即使能成，也是“下笔虽有千言，胸中实无一策”，瞧不起应用，又对应 用一无所能的人.第三种是固步自封，不想做机器的主人.动脑筋是推进科学发展的动力之一，而勤奋、有机会就锻炼是增长我们能耐的好方法.人寿几何！我并不
是说碰到所有的问题都想，而是说要经常动脑筋，来考验自己. 在我们见到这问题的时候，首先发现文章中答数的倒数第二位错了，其次我们用普通的计算器(Sharp 506)可以在20秒内给出答数.那位教授在黑板上写下那个201位数用了4分钟，实际上在他写出8个数字后，我们就可算出答数了.所以说，沙昆塔拉以50″对1′胜了Univac 1180，而我们用Sharp 506小计算器以-3′40″胜了沙昆塔拉的50″.但我们所靠的不是天才，而是普通人都能学会的方法.让我从头说起吧！
从开立方说起
文章中提到，沙昆塔拉在计算开方时，经常能纠正人们提出的问题，指出题目出错了，可见他们是共同约定开方是开得尽的.现在我们也做这样的约定，即开方的答数都是整数. 我国有一位少年，能在一分钟内开6位数的立方.少年能想得出这个方法是值得称道的，但美中不足之处在于他没有把方法讲出来，因而搞得神秘化了.当然也考试了人们，为什么少年能想得出的方法，一些成年人就想不出来，反而推波助澜造成过分的宣扬？ 这问题对我是一个偶遇：在飞机上我的一位助手借了邻座一位香港同胞的杂志看，我从旁看到一个数59，319，希望求这数的立方根.我脱口而
出答数是39.他问为什么，我说，前二位不是说明答数的首位是3吗？尾数是9不是说明答数的末位应当是9吗？因此答数不该是39吗？ 然后，我告诉他，我的完整想法是：把六位数开立方，从前三位决定答数的第一位，答数的第二位根据原数的末位而定：2、8互换，3、7互换，其它照旧(这是因为1、2、3、4、5、6、7、8、9立方的末位分别为1、8、7、4、5、6、3、2、9).例如314，432的立方根是68，前三位决定6，末位是2，它决定答数的末位是8. 沙昆塔拉可以脱口而出地回答188，132，517的立方根是573.当然188决定了首位5，末位7决定了3，但读者试想一下，中间的7怎样算？ 归纳起来可以看出有两个方法：一个由头到尾，一个由尾到头. 习题：求90，224，199的五次方根.
我们怎样看出答数倒数第二位是错的
这一点比较难些，要运用一个结果：即a23的最后两位数和a3的最后两位数是完全相同的. 913的最后两位数是71而不是11，而713的最后两位数才是11，因此答数中的9应当改为7.先不管出现这个差错的原因是什么，我们这里已经做了一个很好的习题.想不到竟是Univac1180把题目出错了，这事我们后面再讲它. 附记 我们来证明a23的最后两位数和a3的最后两位数相同.当a=2或5时，容易直接验算.今假定a不能被2和5除尽，我们只要证明a20的末两位是01就够了.首先因a是奇数，a2-1总能被8除尽，所以a20-1当然也能被8除尽.其次，因 a4-1=(a-1)(a+1)[(a-2)(a+2)+5]，
a不是5的倍数，所以a-2，a-1，a+1，a+2中肯定有一个是5的倍数.即b=a4-1是5的倍数，而 a20-1=(b+1)5-1=b5+5b4+10b3+10b2+5b. 因而a20-1是25的倍数.从而a20-1是100的倍数.具备些数论知识的人也可从费尔马定理推出来.
我们怎样算
我们用的原则是：如果解答是L位整数，我们只要用前L位(有时只要L-1位)或后L位就够了.用后L位的方法见附录二，先说前一方法.以前
当那位教授说要开201位数的23方时，以23除201余17，就能预测答数是9位数.当教授写到第六、七位时，我们就在Sharp
506上按这六位和七位数，乘以1016，然后按开方钮算出 (9.16748×1016)1/23=5.46372873， (9.167486×1016)1/23=5.46372892， 这样我们定出了答数的前七位：5，463，728，后二位已由上节的方法决定了，因此答数应该是546，372，871.其实，更进一步考虑，只需利用这个201位数的前八位数字就能在计算器上得到它的23次方根(证明见下面的附记)：
但不幸的是，把这个数乘23次方，结果与原来给的数不相符(见附录一).与原题比较，发现原题不但尾巴错了，而且在第八和第九位之间少了一个6.竟想不到Univac
1180把题目出错了，也许是出题的人故意这样做的.为什么沙昆塔拉这次没能发现这个错误？看来她可能也是根据前八位算出了结果，而没对解答进行验算. 我们的习题没有白做，答数错了我们发现了，连题目出错了我们也纠正了. 结论是：在教授写到91，674，867时，我们在计算器上按上这八个数字。再乘1016，然后按钮开23方就可算出答案，总共约用20″就够了，也就是比那个教授写完这个数还要快3分40秒，比沙昆塔拉快了4分半钟. 既然已经知道答数是九位数，或者说在要求答数有九位有效数字时，我们就只需把前八位或九位数字输入计算机就够了，而无需把201位数全部输入机器，进行一些多余的计算. 附记 以a表示那个201位数，b也表示一个201位数，它的前L位与a相同，后面各位都是零.由中值公式，可知存在一个ξ(b＜ξ＜a)使
当取L=8时，上式小于1/2，由b1/23的前九位(第十位四舍五入)就可给出a1/23.
虚构
下面讲一个虚构的故事，在沙昆塔拉计算表演后，有一天教授要给学生们出一道计算题.一位助手取来了题目.是一个871位数开97方，要求答案有 9位有效数字.教授开始在黑板上抄这个数： 456，378，192，765，431，892，634，578，932，246，653，811，594，667， 891，992，354，467，768，892，…… 当抄到二百多位后，教授的手已经发酸了.“唉！”他叹了一口气，把举着的手放下甩了一下.这时一位学生噗嗤一声笑了起来，对教授说，当您写出八位数字后， 我已把答案算出来了，它是588，415，036.那位助手也跟着笑了.他说，本来后面这些数字是随便写的，它们并不影响答数.这时教授恍然大悟，“哈 哈，我常给你们讲有效数字，现在我却把这个概念忘了.”
多余的话
我不否认沙昆塔拉这样的计算才能.对我来说，不要说运算了，就是记忆一个六、七位数都记不住.但我总觉得多讲科学化比多讲神秘化好些，科学
化的东西学得会，神秘化的东西学不会，故意神秘化就更不好了.有时传播神秘化的东西比传播科学更容易些.在科学落后的地方，一些简单的问题就能迷惑人.在 科学进步的地方，一些较复杂的问题也能迷惑人.看看沙昆塔拉能在一个科学发达的国家引起轰动，就知道我们该多么警惕了，该多么珍视在实践中考验过的科学成
果了，该多么慎重地对待一些未到实践中去过而夸夸其谈的科学能人了. 同时也可以看到，手中拿了最先进的科学工具，由于疏忽或漫不经心而造成的教训.现代计算工具能计算得很快很准，但也有一个缺点，一旦算错
了，不容易检查出来.对于计算象201位数字开23次方这类的问题——多少属于数学游戏性质的问题，算错了无所谓，而对在实际运用中的问题算错了就不是玩 的.“二万条指令”出错的可能性多了，而在演算过程中想法少用或不用计算机演算，检查起来就不那么难了.这说明人应该是机器的主人，而不是机器的奴隶.至
于大算一阵吓唬人的情况就更不值一提了.这里我们还可以看到基本功训练的重要性.如果基本功较差，那么就是使用大型计算机来演算201位数开23次方也要 1分多钟才能算完.而有了很好的基本功，就是用小计算器也能花比1分钟少的时间算出来. 这是一篇可写可不写的文章，我之所以写出的原因，在于我从沙昆塔拉这件事中得到了启发，受到教育，我想，这些也许对旁人也会是有用的.
（作者：华罗庚）
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