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中华学生百科全书-第287部分
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殆素数之和。离(1+1)只有一步之遥了,但这又是十分艰难的一步。1966
年至今已整整 30 年了,然而(1+1)仍是一个未解决的问题。
莱氏数学游戏
俄国诗人莱蒙托夫也是一个数学爱好者,他在服役时,有一次给周围的
军官做一个数学游戏。
他让一个军官先想好一个数,不要告诉别人,然后在这个数上加 25,心
算好了以后,再加上 125,然后再减去 37。把算好的结果减去原来想的那个
1
数,结果再乘5并除以2,最后,莱蒙托夫对那个军官说:答案是2822 。
那个军官感到非常惊奇。立刻又有另一个军官要求试一遍,结果都说明莱蒙
托夫计算得又快又准确。
你能知道是什么道理吗?
解答:如果设预先想好的数为 x,那么莱蒙托夫的计算式是:
1
(x+25+125…37…x )×5÷2 = 2822
你仔细看一下式子就发现,莱蒙托夫已经偷偷地把原数减去了,所以式
子中不存在未知数,莱蒙托夫只需把早就计算好的答案说出来准没错。
至于,莱蒙托夫第二次、第三次的表演仍能够成功,那还需要下点功夫。
也就是说,出题的人一边在出题,一边在计算,只要跳过那个“减去原来想
的那个数”就行了。
牛肉拉面
吃也有艺术,艺术中也数学。就拿吃牛肉拉面来说,有的人喜欢面条粗
一点,有的人喜欢面条细一点。大师傅有办法,喜欢吃粗面条的对拉 8 次就
行了,喜欢吃细面条的再增加 1 次。试问粗面条共多少根?细面条共多少根?
粗面条和细面条的直径差多少?
解答:对拉 8 次后,面条数目为 27,因为第一次是由 1 变成 2,然后才
是每次乘一个 2。这样 27=128,粗面条共 128 根。细面条要拉 9 次,面条数
为 28=256 根。
面条数目增加了一倍,面条的截面积也就小了一倍,可是直径的平方才
与截面成正比例,所以粗面条的直径应该是细面条直径的 2倍。
瞎子看瓜
有一个瞎子把 6 筐西瓜摆成一个三角形,自己坐在中间。一共是 24 个西
瓜,每排是 9 个。他每天摸一次,只要每排 3 个筐里的西瓜一共是 9 个,他
就放心了。没想到,他的邻居二嘎子跟他开了一个玩笑,第一天偷出了 6 个,
第二天又偷出了 3 个,一共少了 9 个西瓜,而瞎子却一点没有发现,这是怎
么回事?
解答:因为二嘎子通过改变每筐里的西瓜数,而使每排西瓜总数仍保持
9 个,这样瞎子以为西瓜没有丢,实际上西瓜已经少了。
爱因斯坦的舌头
大科学家爱因斯坦是“相对论”的缔造者,他在科学研究工作之余,又
练就了高超的小提琴技艺。他的表情有时很滑稽,让人捉摸不透。世人流传
一张照片就是他吐着舌头、凝视前方的形象。
有一个班级进行民意测验:
11 位同学认为表示“惊奇”,7 位同学认为这种意见也可以考虑。
6 位同学认为表示“高兴”,8 位同学认为这种意见也可以考虑。
1 位同学认为表示“幽默”,6 位同学认为这种意见也可以考虑。
1 位同学认为“惊奇”、“高兴”、“幽默”三种神态兼备。
还有 3 位同学认为是表示“无可奈何”。
请问这个班级一共有多少同学?
解答:由题意,认为表示某种神态的同学,他们的意见是肯定和专一的;
而认为可以考虑的意见是模棱两可的,他们也可能同意两种意见或三种意
见;表示“无可奈何”意见的,也是一种肯定意见。为此,可以用集合的办
法画成如图那样的圆圈,相重迭部分就是同意两种意见的,其中间 3 个圆相
重迭部分是表示三种神态兼备意见的人数。如果未知的人数分别以 x、y、z、
p 表示,则:
x+ p+ z= 7
y+
x+ p+ y= 8
p+ z= 6
p =1
求解得:
x=4,y=3,z=2,p=1
总人数为:
S=11+6+1+3+x+y+z+p
=11+6+1+3+3+4+2+1
=31
所以,这个班级共有 31 名同学。
稀世珍宝
在东京珠宝收藏博览会上展出一棵 18K 金的圣诞树,在 3 层塔松形的圣
诞树上共镶嵌有 1034 颗宝石。
这棵圣诞树上的宝石是这样摆放的:如果从顶上往下看,3 层圆周上镶
嵌的宝石数成等差级数递增;而 3 层圆锥面的宝石数却按等比级数递增;且
第一层的圆周上与圆锥面上的宝石数相等;除此之外,塔松顶上有 1 颗宝石
是独立镶上的。请问,圣诞树的宝石具体是怎样镶嵌的?
解答:假设三层圆周上的宝石数分别为 A、B、C,则:
B=A+m C=A+2m
其中 m 为等差系数。
因为第一层圆锥面上的宝石数等于圆周上的宝石数,所以可假设三层圆
锥面上的宝石数为 A、D、E,那么:
D=nA E=n2A
其中:n 为等比系数。
由于树顶上那颗宝石是独立的,所以:
A+B+C+A+D+E+1=1034
A+A+m+A+2m+A+nA+n2A=1033
解此方程,只有一种可能:
A( n2 + n+4) =1000
3m
= 33
根据 m、n、A 均为整数,得:
m =11
n = 2
A =100
因此,宝石的镶嵌是这样的:
塔松顶上有 1 颗宝石;
第一层圆周上 100 颗宝石,圆锥面上 100 颗宝石;
第二层圆周上 111 颗宝石,圆锥面上 200 颗宝石;
第三层圆周上 122 颗宝石,圆锥面上 400 颗宝石。
牛郎和织女
牛郎星离地球 16.5 光年,也就是以光的速度运行到地球要 16.5 光年。
织女星离地球 26.5 光年。如果牛郎和织女同时由各自的星球以最快的速度赶
到地球相会,那么牛郎要在地球上等多少年才见到织女?而见一面之后,织
女又匆匆赶回,牛郎至少又要等多少年,才又能与织女相会?
答:牛郎与织女以最快的速度赶路,充其量也就是以光速行进。因此,
牛郎比织女先到地球 10 年,牛郎需要等 10 年才见到织女。
织女匆匆赶回,如果马上又出发的话,来回需 53 年。牛郎要等 53 年才
能与织女第二次相见。如果牛郎也返回自己的星座,那么除了路上的时间不
算在内,牛郎也要坐等 20 年才能与织女第二次相聚。
百羊问题
百羊问题是出自中国古代算书《算法统宗》中的一道题。
这个问题说的是:“牧羊人赶着一群羊去寻找草长得茂盛的地方放牧。
有一个过路人牵着 1 只肥羊从后面跟了上来。他对牧羊人说:“你赶来的这
群羊大概有 100 只吧?”牧羊人答道:“如果这一群羊加上一倍,再加上原
来这群羊的一半,又加上原来这群羊的14 ,连你牵着的这只肥羊也算进去,
才刚好凑满 100 只。”谁能知道牧关人放牧的这群羊一共有几只?
根据题意,我们可设这群羊共有 x 只,则
x+ x+ x + x+1= 100
1 1
2 4
解这个方程得 x=36,也就是牧羊人放牧的这群羊共有 36 只。
百鸡问题
中国古代算书《张丘建算经》中有一道著名的百鸡问题:公鸡每只值 5
文钱,母鸡每只值 3 文钱,而 3 只小鸡值 1 文钱。现在用 100 文钱买 100 只
鸡,问:这 100 只鸡中,公鸡、母鸡和小鸡各有多少只?
这个问题流传很广,解法很多,但从现代数学观点来看,实际上是一个
求不定方程整数解的问题。解法如下:
设公鸡、母鸡、小鸡分别为 x、y、z 只,由题意得:
x+y+z=100①
5x + 3y+ z = 100②
1
3
有两个方程,三个未知量,称为不定方程组,有多种解。
②×3…①得:7x+4y=100,因此
y = 100 7x = 25 x 7
4 4
由于 y 表示母鸡的只数,它一定是自然数,而 4 与 7 互质,因此 x 必须
是 4 的倍数。我们把它写成:x=4k(k 是自然数),于是 y=25…7k,代入原方
程组,可得:z=75+3k。把它们写在一起有:
x = 4k
y = 25…7k
z = 75+3k
一般情况下,当 k 取不同数值时,可得到 x、y、z 的许多组值。但针对
本题的具体问题,由于 x、y、z 都是 100 以内的自然数,故 k 只能取 1、2、
3 三个值,这样方程组只有以下三组解:
x = 4 y =18 z = 78
x =8 y =11 z = 81
x =12 y = 4 z = 84
兔子问题
13 世纪意大利数学家斐波那契在他的《算盘书》中提出这样一个问题:
有人想知道一年内一对兔子可繁殖成多少对,便筑了一道围墙把一对兔子关
在里面。已知一对兔子每一个月可以生一对小兔子,而一对兔子出生后第二
个月就开始生小兔子。假如一年内没有发生死亡,则一对兔子一年内能繁殖
成多少对?
现在我们寻求兔子繁殖的规律。成熟的一对兔子用记号●表示,未成熟
的用○表示。每一对成熟的兔子经过一个月变成本身的●及新生的未成熟
○。未成熟的一对○经过一个月变成成熟的●,不过没有出生新兔,这样便
可画出下图
可以看出六个月兔子的对数是 1,2,3,5,8,13。很容易发现这个数
列的特点:即从第三项起,每一项都等于前两项之和。所以按这个规律写下
去,便可得出一年内兔子繁殖的对数:1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,
144,233,377。可见一年内兔子共有 377 对。
人们为了纪念斐波那契,就以他的名字命名了这个数列,该数列的每一
项称为斐波那契数。斐波那契数列有许多有趣的性质。除了 an=an…1+an…2外,
1 1+2 5
n 1 5 n
还可以证明他的通项公式为an = ,公式虽然复杂,
5 2
可它的每一项却都是整数。而且这个数列中相邻两项的比值,越靠后其值越
接近 0.618。这个数列有广泛的应用,如树的年分枝数目就遵循斐波那契数
列的规律;而且计算机科学的发展,为斐波那契数列提供了新的应用场所。
鸡兔同笼
中国古代的《孙子算经》(公元 280~420 年)一书中,收集了不少算术
趣题,“鸡兔同笼”问题是其中之一。原题为:今有鸡(雉)兔同笼,上有
三十五头,下有九十四足,问鸡、兔几何?
原书的解法是:设头数为a,足数为b,则b2 a是兔数,a2 a是鸡数,
b
这个方法很巧妙。可能是这样思考的:鸡兔头数和为 a,而足数之和为 b,则
有:
鸡 + 兔 = a ①
2·鸡
+4·兔 = b ②
1
这其实是一个二元一次方程组,由 ×② …①得:
2
兔 = …a,代入①得:鸡 = a…2 a。由此解得:兔 =12只,鸡 = 23只。
b b
2
我们还可以这样考虑:假设笼里全是兔子,则共有 4×35=140 条腿,但
实际只有 94 条腿,多了 140…94=46 条腿,这是由于把鸡假设为兔子,使每鸡
多了两条腿造成的,所以应该为:46÷(4…2)=23(只),兔为 35…23=12(只)。
韩信点兵
大凡著名的军事家都是精通数学的。“韩信点兵”的故事就是源出于我
国古代《孙子算经》。让我们来欣赏这位将军的智慧:
一日,韩信到前沿检阅一队士兵。这队士兵人数众多,无法一一点清,
况且兵贵神速,时间是军队的生命,不能迟迟不决。韩信立即令队伍整队,
排成每列 5 人的纵队,最后多余 1 人;接着又命令改成 6 人一列的纵队,最
后多余 5 人;然后又变换队形,变成每列 7 人的纵队,最后多余 4 人;最后,
下令排成每列 11 人的纵队,最后多余 10 人。操练完毕,韩信不仅了解了这
队士兵的军事素质,而且全队士兵的人数也在不知不觉中了如指掌了。
难道他真有神机妙算的本领吗?
这就是著名的“孙子定理”,也是驰名中外的“中国余数定理”。它是
这样分析的:
首先,求 5、6、7、11 的最小公倍数:
M=5×6×7×11=2310
求得 M 对于每个因数的商数:
a1 = 2310 = 462
5
2310
a2 = = 385
6
a3 = 2310 = 330
7
2310
a4 = = 210
11
以各自的商数为基础,求得余 1 的情况:
3×462 1386
= = 277Λ Λ 余1
5 5
385
= 64Λ Λ 余1
6
330
= 47Λ Λ 余1
7
210 = 19Λ Λ 余1
11
再以实际上各项的余数代进去,得到
x0=1×3×462+5×385+4×330+10×210=6731
由此,6731 是符合题意中的各项余数的,但这并不是小的解,因为 2310
能被各项都整除,所以要减去 2310 的数。
x1=6731…2×2310=2111
2111 为最小的解。但由于这是解不定方程,可以有无的解,其通解的形
式应该为
x2=2111+2310k(其中 k=0,1,2,……)
幻方与数阵
将 1~9 这 9 个数字填在图 A 中的九个方格里,使每一横行、每一纵列和
两个对角线上的数字之和相等。首先我们注意到 1+2+3+4+5+6+7+8+9=45。而
①+②+③+
④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨=45,因此,①+②+③=④+⑤+⑥=⑦+⑧+⑨=幻和,那
么应该有:幻和×3=45,幻和=45÷3=15。又,①+⑤+⑨+③+⑤+⑦+④+⑤+
⑥+②+⑤+⑧=15×4=60,也就是①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧+⑨+3×⑤=60,所
以,45+3×⑤=60,⑤=5,即
中间的数应当为 5,其他位置上的数,如果①填奇数,因为①+⑨=10,
所以⑨也是奇数。④、⑦同奇或同偶,当④、⑦同为奇数时,⑧和⑥也应是
奇数。因此共有 6 个奇数,又因 1~9 只有 5 个奇数,发生矛盾。当④、⑦同
偶时,⑧与⑥也应为偶数,③也应为偶数,这样共有 5 个偶数,也与 1~9
只有 4 个偶数矛盾。因此①是偶数,同理③、⑦、⑨也都是偶数。又①+⑨=
③+⑦=10,于是就得到所求解。如左图。
伐木人的争论
伊格纳托夫是前苏联著名的科普作家,他一生写下了许多题材新颖、内
容丰富、形式活泼的作品,伐木人的争论是其作品中的一道题。
尼基塔和巴维尔是两个伐木人。有一天,两人干完活正准备吃饭,迎面
走来一个猎人:“你们好啊,兄弟们!我在森林里迷了路,离村庄又远,饿
得心慌,请分给我一些吃的吧!”
“行啊,行啊,你坐下吧!尼基塔有 4 张饼,我有 7 张饼咱们在一起凑
合着吃吧。”巴维尔热情地说。尼基塔也随声附和着。于是三人平均分吃了
11 张饼。吃过饭,猎人摸出 11 个戈比,说道:“请别见怪,我身上只有这
些钱了,你俩商量着分吧!”
猎人走后,两个伐木人争论起来。尼基塔说:“我看这钱应该平分!”
巴维尔反驳说:“11 张饼的钱是 11 个戈比,正好是 1 张饼 1 个戈比,你应
得 4 个,我应得 7 个!”
他们俩的算法,谁的对呢?显然尼基塔的算法是错的,两人带的饼的数
目不同,当然分得的钱也应不同。再看巴维尔的算法:11 张饼,11 个戈比,
每张饼 1 个戈比,看起来非常合理,如果问题是“猎人用 11 个戈比买了 11
张饼”,那么巴维尔的算法的确是正确的。可问题是“3 个人平均分吃了 11
张饼,并且尼基塔和巴维尔带的饼又不一样多。”实际上,11 张饼平均分给
3个人,就是说,每人吃了11张饼。尼基塔有4张饼,自己吃了11张饼,
3 3
他给猎人吃了411= 张。而巴维尔也吃了11张,他分给猎人711= 张。
1 10
3 3 3 3 3
猎人吃了 张饼,付给11个戈比,也就是说,每次13张饼猎人付给一个
11
3
戈比。他吃了尼基塔1张饼,故尼基塔应得1戈比,他吃了巴维尔10张饼,
3 3
巴维尔应得 10 戈比,两个人的算法都错了。
36 名军官问题
设有 6 种军衔和来自 6 个团的 36 名军官,能不能把他们排成 6×6 的队
列,使得每行每列里都有每种军衔的 1 名军官和每个团的 1 名军官呢?
这是 18 世纪瑞士数学家欧拉提出的一个趣味数学问题。它在统计学,尤
其是在试验设计中有重要的影响。
为了易于说明,我们先考虑有 3 种军衔和来自 3 个团的 9 名军官。用 1、
2、3 分别表示 3 种军衔,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示 3 个不同的团,这时,相应的问题
的解答是:
1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
3 2 3
2 1 Ⅲ
Ⅰ Ⅱ
2 3 1 Ⅱ Ⅲ Ⅰ
军衔阵列 团阵列
(1;Ⅰ) (2;Ⅱ) (3;Ⅲ)
(3;Ⅱ
) (1;Ⅲ) (2;Ⅰ)
(2;Ⅲ ) (3;Ⅰ) (1;Ⅱ)
上面军衔阵列和团阵列分别是由 3 个不同符号构成的 3 行 3 列的阵列(3
×3),其中每个符号在每行与每列恰好只出现一次,我们把这种阵列叫 3
阶拉丁方。而并置阵列中 32个有序对都是不同的(即并置后,所有可能的 9
种情况都出现了),称军衔阵列和团阵列是正交拉丁方。
那么,36 名军官问题就成了:是否存在 6 阶正交拉丁方呢?欧拉曾猜想,
阶数为 4k+2(k 是正整数)的拉丁方,任何两个同阶的拉丁方都不是正交的。
容易证明 2 阶拉丁方不正交。1901 年法国数学家 Tarry 用穷举法证明了不存
在 6 阶正交拉丁方。直到 1959 年才有 3 位统计学家终于证明了,除了 2 阶和
6 阶外,其他情况都有解。欧拉的猜想中,除这两种情况外,其余都猜错了。
龟和鹤
龟和鹤都是长寿的动物。一天鹤爹与鹤子遇见了龟祖和龟孙,彼此谈起
了年龄。原来鹤爹的年龄是鹤子年龄的 2 倍,龟祖的年龄是龟孙年龄的 5 倍。
它们年龄之和如果乘上 3,等于 900 岁。如果再过 10 年,鹤族年龄的 5 倍加
上龟族的年龄也是 900 岁。问现在它们的年龄各是多少?
解答:设鹤子现在的年龄是 x,龟孙现在的年龄是 y。则鹤爹现年为 2x,
龟祖现年 5y,有方程:
3[(2x+x)+(5y+y)]=900
10 年以后,鹤子、鹤爹的年龄分别为 x+10 和 2x+10,龟孙、龟祖的年龄
分别为 y+10 和 5y+10,于是又有方程,
5[(x+10)+(2x+10)]+(y+10)+(5y+10)=900
联立两个方程,简化为:
5x+2y
x+2y =100
= 260
解得:
y x = 40
= 30
因此,鹤子现年 40 岁,鹤爹现年 80 岁,龟孙现年 30 岁,龟祖现年 150
岁。
乘车者的常识
有一个乘车者经常坐从东郊到西郊的公共汽车。一天,他嫌车太挤,就
沿着公共汽车行车路线走。这时,他发现对面来的公共汽车每隔 6 分钟遇见
一次,而背后开来的公共汽车每隔 12 分钟超过他一次。他心算了一下,就知
道,这条路线上的公共汽车是隔多少分钟发车一次了。你也能算出来吗?
解答:假设公共汽车的速度是 y,人的走路速度是 x,又设两次发车间隔
时间里,公共汽车行驶的路程为 S。
那么,在迎面见到公共汽车的情况下,每经过 S 距离的时间是 t1=6 分钟,
S
并且
x + y = t。
同样,在相同方向的情况下,每经过 S 距离的时间是 t2=12 分钟,并且
S
y x = t。解联立方程组:
S
①
x + y = t1
S
②
y x = h2
将①化简为:
x y 1
+ = ③
S S t1
将②化简为:
y x 1
= ④
S S t2
③、④相加:
2y = 1 + 1
S t1 t2
∴Sy = + 1 1
t1 t2
∵t1 = 6;t2 = 12
∴Sy = 8
S
因为 正是每段间隔中所需的时间,即发车的间隔时间,所以每两个车
y
发车时间相隔 8 分钟。
两支蜡烛
停电时分,小曹点起了两支蜡烛。这两支蜡烛一般长,可不一般粗。粗
蜡烛可点 2 小时,细蜡烛可点 1 小时。来电以后,小曹吹灭了两支蜡烛,发
现粗蜡烛是细蜡烛长度的 2 倍。问停电时间有多少分钟?
解答:设停电时间为 x 小时。
粗蜡烛2小时点完,1小时可点1/ 2根,x小时可点去 根,还剩1
x x
2 2
根(即它剩下的长度)。
细蜡烛 1 小时点完,1 小时可点 1 整根,x 小时可点去 x 根(x 不到 1
根),还剩下的长度为 1…x。
x
于是:1… = 2(1…x)
2
解方程,得 x=2/3 小时=40 分钟
因此,停电时间为 40 分钟。
说容易也难
电视机厂的一个组装班组。已知工作天数比班组人数多 2,如此组装的
电视机总台数是 1001 台,问平均每人每天组装几台电视机?
解答:因为总台数=平均台数×人数×天数,所以总台数等于 3 个因子相
乘。由于 1001=13×11×7,仅仅这一种组合方式,所以根据题意 13 应是工
作天数,11 应是班组人数。剩下 7 就是平均每人每天组装的台数。
这道题如果用解方程的办法来做,实际上是一个三次方程。
要解三次方程,可不是件容易的事。在历史上还发生过一次辩论,就是
因为争夺谁是最先发�
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