14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。
15怎樣尋找最佳方案
自從有人類以來,人們就一直在追求一種用最少時間、最少勞動達到最好效果的途徑。研究這個問題的理論成果,就是近代應用數字的一個分支——運籌學。我國的許多古書中都記載了有關這方麵的事例,其中最出名的要數丁謂的施工問題。
據沈括所寫的《夢溪筆談》中記載:北宋真宗年間(公元1015年),京城開封的皇宮失了大火,建築物被燒毀。宋真宗命丁謂主持修複工程。這種工程比新建要複雜得多,如果沒有合理的施工方案,不僅會拖延工期,還會造成巨大浪費。丁謂經過充分研究提出如下方案:把皇宮前的大街挖成一條大溝,利用挖出來的土作建築材料。再把汴水引入大溝,使外地船隻木筏裝載建築材料直抵建築工地。竣工之後,再把碎磚瓦和垃圾等物填入溝中,修複原來大街,結果節省的費用“以億萬計”。
近代的運籌學中,關於尋找最佳方案已總結了許多方法,讓我們舉一個最簡單的圖表作業法的例子。
秋天,一農戶把人力分開,分別負責收割和裝運大豆、穀子、高粱、糜子等作物。收割和裝運各需工時列表如下:
收割工時作物豆子穀子高梁糜子收割7(小時)3(小時)5(小時)5(小時)裝運5(小時)6(小時)1(小時)4(小時)注一種莊稼割完捆好後方可裝運怎樣才能在最短時間內完工呢?事實上不應按豆子、穀子、高粱、糜子的順序,而應按穀子,豆子、糜子、高粱的順序。
解決這類問題一般說來可以這樣,先把幾種活的兩道工序列個用時表,然後找出表中最小的一個數,如果這個數在第一項工程中,就把這種活放在最前;如果這個數在第二項工程中,就把這種放在最後。之後便把這種活從表上劃掉,然後按照此法重複做下去,就會得出最佳方案。