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“拿鸡蛋”问题

 五次方物语 2022-07-02 发布于山东

一筐鸡蛋: 1个1个拿,正好拿完。 2个2个拿,还剩1个。 3个3个拿,正好拿完。 4个4个拿,还剩1个。 5个5个拿,还差1个。 6个6个拿,还剩3个。 7个7个拿,正好拿完。 8个8个拿,还剩1个。 9个9个拿,正好拿完。 问筐里有多少鸡蛋?

这题目看似繁琐,其实so easy。题目中从1到9挨个捋了一遍,可以认为是条件1~9。所谓“拿完”,就是整除,“还剩几个”就是余数为几。注意,条件5是“差1个”,相当于“剩4个”。

条件1,有毛用?也不能说无用,像上图这情况,1个1个拿,你就拿不完,还剩半个……

条件2,说明总数为奇数。这一条是冗余的,因为满足条件3的就不可能是偶数。然而条件3也不必要,因满足条件6和9必然能被3整除。条件4亦被更苛刻的条件8所涵盖。

因此,只有条件5、6、7、8和9才是有用的信息。条件7和条件9说明总数可同时被7和9整除,则总数应为7和9之最小公倍数63的倍数。

又由条件5可知,总数的个位数必为9(说也可能是4的自行掌嘴),而个位数为9的数也必满足条件5。63乘以什么数才能得到个位数为9的积呢?只能是个位为3的数,如3、13、23等。此时可以看出,条件6自然地满足了,因为63的倍数若为奇数,则必然除以6余3。

从3开始逐个试算,只验证结果是否满足条件8即可。63乘以3得189,63乘以13得819,均不满足条件;乘以23得1449,搞掂。通解可表示为1449+2520k(k为任意非负整数),其中2520是1~9的最小公倍数(即5、7、8和9的积,四个数两两互质,因此乘积即最小公倍数)。

相似但更简单的问题,早在《孙子算经》中就有提及,称之为“物不知数”:今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?

答曰二十三。其实应该说最少二十三。《孙子算经》中也给出了所谓“解法”,但其思路如天外飞仙,让人如坠雾霾,而南宋数学家秦九韶则在《数术九章》中予以扩充论述,提出了“大衍求一术”,比较完美地解决了此类问题。但杀鸡焉用牛刀,我是这么算的:

由“三三数之剩二”和“七七数之剩二”可知,总数若减去2,则为3和7的公倍数,而3和7最小公倍数是21,先假定总数为23。显然恰好也满足“五五数之剩三”。得解。通解可表示为23+105k(k为任意非负整数,105为3、5和7的最小公倍数)。

上面这两个题目,均涉及到整数的整除和余数,用现代数学语言来表述,就是求解一元线性同余方程组。初等数论中有一个与之相关的重要定理,被称为“中国剩余定理”或“孙子定理”,该定理给出了以下方程组有解的判定条件,以及在有解情况下求解的方法:

当然,像这种玩意儿,摆出来撑撑场面也就行了,若想深入了解,请参阅陈景润著《初等数论》(说的我好像看过一样),我只能帮你到这里。

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