第五章
“奇異的追擊”
四隻龜在邊長3米的正方形四個角上,以每秒1米的速度同時勻速爬行。每隻龜爬行方向是追擊其右鄰角上的龜,問經過多少時間他們才能在正方形的中心碰頭。
這就是思維魔術家馬丁·加德納的“四龜問題”。
這四龜在任何時候,始終位於正方形的四個角,四龜的不停爬行,使所構成的正方形越來越小,最後,終於碰頭於正方形的中心。
這四龜所行的路線顯然不是直線,要直接計算行程,使人感到無從下手。怎樣解決這個難題呢?
我們分析相鄰兩龜的爬行,其方向總是構成直角。前龜的移動並不影響兩龜之間的距離,它的移動可略去不考慮。這就相當於前龜停留在一個正方形的一角,而後龜沿著正方形的一邊向它爬去。這樣,當它們在正方形中心相遇時,各龜的爬行路線長剛好都等於正方形的邊長,所以需要3001=300秒。就是說5分鍾後四龜在正方形中心碰頭。
池塘中的蘆葦有多高
陳明和張紅、方華在昆明湖中劃船,岸邊有一棵蘆葦露出水麵。這棵蘆葦有多長呢?這裏水有多深呢?小明捉摸了一會,拿出尺來量了量蘆葦露出水麵的長度是11厘米,蘆葦離岸邊的距離是3米零1厘米,他又扯著蘆葦頂端引到岸邊,葦頂正好和水麵相齊,陳明高興地說,我可以算出蘆葦的長度和水深。張紅和方華感到奇怪:你怎麼會算的呢?陳明說:“我叔叔有一本《九章算術》,那是漢朝的著作,離現在快兩千年了,前天晚上,叔叔給我講了其中一個題目,就是計算蘆葦長度的。”接著,陳明給他的小夥講了這個題目。
這個題目是《九章算術》勾股章第六題。題目是:
“有一個方池,每邊長一丈,池中央長了一棵蘆葦,露出水麵恰好一尺,把蘆葦的頂端引到岸邊,葦頂和岸邊水麵剛好相齊,問水深、葦長各多少?
設池寬ED=2a=10尺,C是ED的中央,那麼,DC=a=5,生長在池中央的蘆葦是AB,露出水麵的部分AC=1尺,而AB=BD,設BD=c,水深BC=b,△BDC是一個勾股形。顯然AC=AB-BC=c-b=1尺,AC的長等於勾股形中弦和股的差,稱為股弦差,於是,問題就變了:已知勾股形的勾長和股弦差長,求股長和弦長。
由勾股定理得
a2=c2-b2,
那麼,
a2-(c-b)2=c2-b2-(c-b)2
=c2-b2-(c2-2bc+b2)
=2bc-2b2
=2b(c-b)
所以
b=a2-(c-b)22(c-b)(1)
c=b+(c-b)(2)
將b,c-b的數值代入(1)、(2)兩式,很容易求出水深b=12尺,葦長c=13尺,《九章算術》用非常精練的語言概括了這個解法:
半池方自乘,以出水一尺自乘,減之,餘,倍出水除之,即得水深。加出水數,得葭(葦)長。
這段話翻譯成數學語言,就是(1)式和(2)式。
怎樣渡河才好
暴風雨過去了,一支巡回醫療隊來到河邊,哪知木橋已被洪水衝斷,怎麼樣辦呢?正在焦急的時候,忽然看見一條小船向這邊駛來。
“啊,太好啦!村裏兩個少先隊員來接我們啦!”大家高興極了。
可是,這條船實在太小,它隻能承載兩個孩子或者一個大人。
“怎樣才能全部渡到對岸去呢?”大家都在沉思著。
聰明機智的少先隊員,很快想出了渡河方案,巧妙地把大家全部渡到對岸,是怎樣一個方案呢?
首先,兩個少先隊員把船劃到對岸。
接著,他們之中一個留在對岸,另一個劃回來。
這個少先隊員上岸,一個醫療隊員劃過去。醫療隊員上岸,留在對岸的少先隊員劃回來。
這時,一個醫療隊員已到對岸,而兩個少先隊員卻都回到這邊來。整個過程這樣重複下去,直到每一個醫療隊員全都渡過河去為止。
這裏渡河的程序是何等重要,先怎樣,後怎樣,再怎樣,必須按一定的次序。