這個問題之所以簡單,是由於有被3除和被7除餘數相同這個特殊性。如果沒有這個特殊性,問題就不那麼簡單了,就會更有趣兒得多。
我們換一個例子:韓信點一隊士兵的人數,三人一組餘兩人,五人一組餘三人,七人一組餘四人。問:這隊士兵至少有多少人?
這個題目是要求出一個正數,使之用3除餘2,用5除餘3,用7除餘4,而且希望所求出的數盡可能地小。
我們舉例加以細致的分析:
例如我們從用3除餘2這個條件開始。滿足這個條件的數是3n+2,其中n是非負整數。
要使3n+2還要滿足用5除餘3的條件,可以把n分別用1,2,3,…代入來試。當n=1時,3n+2=5,5除以5得1,不合題意;當n=2時,3n+2=8,8除以5正好餘3,可見8這個數同時滿足用3除餘2和用5除餘3這兩個條件。
最後一個條件是用7除餘4,8不滿足這個條件,不合題意。所以我們要在8的基礎上得到一個數,使之同時滿足三個條件。
為此,我們想到,可以使新數等於8與3和5的一個倍數的和。因為8加上3與5的任何整數倍所得之和除以3仍然餘2,除以5仍然餘3。於是我們讓新數為8+15m,分別把m=1,2,…代進去試驗。當試到m=3時,得到新數為53,53除以7恰好餘4滿足所有條件,因而53就是本題的唯一答案。
我國古代學者早就研究過這個問題。例如明朝數學家程大位在他著的《算法統宗》(1593年)中就用四句很通俗的口訣暗示了此題的解法:
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。
“正半月”暗指15。“除百零五”的原意是,當所得的數比105大時,就105、105地往下減,使之小於105;相當於用105去除,求出餘數。
這四句口訣暗示的意思是:當除數分別是3、5、7時,用70乘以用3除的餘數,用21乘以用5除的餘數,用15乘以用7除的餘數,然後把這三個乘積相加。加得的結果如果比105大,就除以105,所得的餘數就是滿足題目要求的最小正整數解。
按這四句口訣暗示的方法計算韓信點的這隊士兵的人數可得:
70×2+21×3+15×4=263,
263=2×105+53,
所以,這隊士兵至少有53人。
在這種方法裏,我們看到:70、21、15這三個數很重要,稍加研究,可以發現它們的特點是:
70是5與7的倍數,用3除餘1;
21是3與7的倍數,用5除餘1;
15是3與5的倍數,用7除餘1。
因而:
70×2是5與7的倍數,用3除餘2;
21×3是3與7的倍數,用5除餘3;
15×4是3與5的倍數,用7除餘4。
如果一個數用a除餘數為b,那麼給這個數加上a的一個倍數以後再除以a,餘數仍然是b。所以,把70×2、21×3與15×4相加起來所得的結果能同時滿足“用3除餘2、用5除餘3、用7除餘4”的要求。
一般地,70m+21n+15k (1≤m<3, 1≤n<5,1≤k<7)
能同時滿足“用3除餘m、用5除餘n、用7除餘k ”的要求。除以105取餘數,是為了求合乎題意的最小正整數解。
凡是三個除數兩兩互質的情況,都可以用上麵的方法求解。
上麵的方法所依據的理論,在中國稱之為“孫子定理”,國外的書籍稱之為“中國剩餘定理”。
在古代戰爭的智謀當中也包含著數學原理,數學真的是無處不在啊!