数学知识――韩信点兵

作者:   来源:   上传时间:2005-06-22

我国汉代有一位大将,名叫韩信。他每次集合部队,都要求部下报三次数,第一次按13报数,第二次按15报数,第三次按17报数,每次报数后都要求最后一个人报告他报的数是几,这样韩信就知道一共到了多少人。他的这种巧妙算法,人们称为鬼谷算隔墙算秦王暗点兵等。


这种问题在《孙子算经》中也有记载:今有物不知其数:三三数之余二,五五数之余三,七七数之余二,问物几何?” 它的意思就是,有一些物品,如果33个的数,最后剩2个;如果55个的数,最后剩3个;如果77个的数,最后剩2个;求这些物品一共有多少?这个问题人们通常把它叫作孙子问题 西方数学家把它称为中国剩余定理。到现在,这个问题已成为世界数学史上闻名的问题。


到了明代,数学家程大位把这个问题的算法编成了四句歌诀:


三人同行七十稀,五树梅花廿一枝;


七子团圆正半月,除百零五便得知。


用现在的话来说就是:一个数用3除,除得的余数乘70;用5除,除得的余数乘21;用7除,除得的余数乘15。最后把这些乘积加起来再减去105的倍数,就知道这个数是多少。


《孙子算经》中这个问题的算法是:


70×221×315×2233


23310510523


所以这些物品最少有23个。


根据上面的算法,韩信点兵时,必须先知道部队的大约人数,否则他也是无法准确算出人数的。你知道这是怎么回事吗?


这是因为,


57整除,而被3除余1的最小正整数是70


37整除,而被5除余1的最小正整数是21


35整除,而被7除余1的最小正整数是15


所以,这三个数的和15×221×370×2,必然具有被3除余2,被5除余3,被7除余2的性质。


以上解法的道理在于:


35整除,而被7除余1的最小正整数是15


37整除,而被5除余1的最小正整数是21


57整除,而被3除余1的最小正整数是70


因此,被35整除,而被7除余2的最小正整数是 15×230


37整除,而被5除余3的最小正整数是 21×363


57整除,而被3除余2的最小正整数是 70×2140


于是和数15×221×370×2,必具有被3除余2,被5除余3,被7除余2的性质。但所得结果2333063140233)不一定是满足上述性质的最小正整数,故从它中减去357的最小公倍数105的若干倍,直至差小于105为止,即 23310510523。所以23就是被3除余2,被5除余3,被7除余2的最小正整数。


我国古算书中给出的上述四句歌诀,实际上是特殊情况下给出了一次同余式组解的定理。在1247年,秦九韶著《数书九章》,首创大衍求一术,给出了一次同余式组的一般求解方法。在欧洲,直到18世纪,欧拉、拉格朗日(lagrange17361813,法国数学家)等,都曾对一次同余式问题进行过研究;德国数学家高斯,在1801年出版的《算术探究》中,才明确地写出了一次同余式组的求解定理。当《孙子算经》中的物不知数问题解法于1852年经英国传教士伟烈亚力(wylie alexander18151887)传到欧洲后,1874年德国人马提生(matthiessen18301906)指出孙子的解法符合高斯的求解定理。从而在西方数学著作中就将一次同余式组的求解定理称誉为中国剩余定理


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