9?中國剩餘定理(1 / 1)

9中國剩餘定理

古時候,我國有一部很重要的數學著作,叫《孫子算經》。書中的許多古算題,如“物不知數”問題、“雞兔同籠”問題等等,都編得饒有情趣,1000多年來,一直在國內外廣為流傳。其中,尤以物不知數問題最為著名。

物不知數問題的大意是:“有一堆物體,不知道它的數目。如果每3個一數,最後會剩下2個;每5個一數,最後會剩3個;每7個一數,最後會剩下2個。求這堆物體的數目。”

這是一個不定方程問題,答案有無窮多組。按照現代解不定方程的一般步驟,解答起來是比較麻煩的。而若按照我國古代人民發明的一種算法,解答起來就簡單得出奇。有人將這種奇妙的算法編成了一首歌謠:

三人同行七十稀,五樹梅花廿一枝,

七子團圓正半月,除百零五便得知。

歌謠裏隱含著70、21、15、105這4個數。隻要記住這4個數,算出物不知數問題的答案就輕而易舉了。尤其可貴的是,這種奇妙的算法具有普遍的意義,隻要是同一類型的題目,都可以用這種方法去解答。

《孫子算經》最先詳細介紹了這種奇妙的算法。書中說:凡是每3個一數最後剩下1個,就取70;每5個一數最後剩1個,就取21;每7個一數最後剩下1個,就取15。把它們加起來,如果得數比106大,就減去105。最後求出的數就是所有答案中最小的一個。

在物不知數問題裏,每3個一數最後剩2,應該取2個70;每5個一數最後剩3,應該取3個21;每7個一數最後剩2,應該取2個15。由於2×70+3×21+2×15等於233,比106大,應該減去105;相減後得128,仍比106大,應該再減去105,得23。瞧,隻需寥寥幾步,我們就算出了題目的答案。

這種奇妙的算法有許多有趣的名稱,如“鬼穀算”、“韓信大點兵”、“秦王暗點兵”等等,並被編成許多有趣的數學故事。它於12世紀末就流傳到了歐洲國家。

可是,13世紀下半葉,我國數學家秦九韶遇到了一個與物不知數問題很相似的題目,卻不能用這種奇妙的算法來解答。

秦九韶遇到的題目叫“餘米推數”問題,在數學史上也很名。它有一種有趣的表述形式。

一天夜裏,一群盜賊洗劫了一家米店,放在店堂裏的3籮米幾乎被席卷一空。第二天,官府派人勘查了現場,發現3個籮一樣大,中間那個籮裏還剩下14合米,而兩邊的籮裏隻剩下1合米了。

盜賊偷走了多少米呢?店主不記得每個蘿裏裝了多少米,隻記得它們裝得一樣多。

後來,行竊的3個盜賊都被抓住了。可是,他們也不知道偷了多少米。那天晚上,店堂裏漆黑一團,盜賊甲摸到了一個馬勺,用它從左邊那個籮裏舀米;盜賊乙摸到一個木鞋,用它從中間那個籮裏舀米;盜賊丙摸到一個漆碗,用它從右邊那個籮裏舀米。盜賊們不記得舀了多少次,隻記得每次都正好舀滿,舀完最後一次後,籮裏剩下的米都已不夠再舀一次了。

在米店裏,人們找到馬勺、木鞋和漆碗,發現馬勺一次能舀19合米,木鞋一次能舀17合米,而漆碗一次隻能舀12合米。問米店共被竊走多少米,3個盜賊各盜竊了多少米?

為什麼說餘米推數問題與物不知數問題很相似呢?如果把米店被竊走的米數看作是一堆物體,這個題目實際上就是:

有一堆物體,不知道它的數目。如果每19個一數,最後剩下1個,每17個一數,最後剩14個,每12個一數,最後剩下1個。求這堆物體的數目。

秦九韶想,既然這兩個題目很相似,那麼,它們的解法也應該很相似。“鬼穀算”解答不了餘米推數問題,說明它還不夠完善,於是他深入探索了古代算法的奧秘,經過苦心鑽研,終於在古代算法的基礎上,創造出一種更普遍、更強有力的奇妙算法。

這種新算法也就是馳名世界的“大衍求一術”,它是我國古代數學裏最有獨創性的成就之一。國外直到19世紀,才由大數學家高斯發現同樣的定理。因此,這個定理也就被人叫做“中國剩餘定理”。

秦九韶也因此獲得了不朽的聲譽。西方著名數學史專家薩頓,對秦九韶創造性的工作給予了極高的評價,稱讚秦九韶是“他的民族、他的時代以至一切時期的最偉大的數學家之一”。