第十九章(2 / 3)

許多人試圖用複雜的方法求解這道題目。他們計算蒼蠅在兩輛自行車車把之間的第一次路程,然後是返回的路程,依此類推,算出那些越來越短的路程。但這將涉及所謂無窮級數求和,這是非常複雜的高等數學。

據說,在一次雞尾酒會上,有人向約翰·馮·諾伊曼提出這個問題,他思索片刻便給出正確的答案。提問者顯得有點沮喪,他解釋說,很多數學家總忽略簡單方法,而去采用無窮級數求和的複雜方法。

馮·諾伊曼臉上露出驚奇的神色。“可是,我用的正是無窮級數求和的方法”,他解釋道。

2.往返旅行

當我們駕駛汽車旅行的時候,汽車在不同的時刻當然會以不同的速度行駛。如果把全部距離除以駕駛汽車的全部時間,所得到的結果叫做這次旅行的平均速度。

史密斯先生計劃駕駛汽車從芝加哥去底特律,然後返回。他希望整個往返旅行的平均速度為每小時60千米。在抵達底特律的時候,他發現他的平均速度隻達到每小時30千米。

為了把往返旅行的平均速度提高到每小時60千米,史密斯在返回時的平均速度必須是每小時多少千米呢?

答案

求解這道令人困惑的小小難題,並不需要知道芝加哥與底特律之間的距離。

在抵達底特律的時候,史密斯已經走過了一定的距離,這花去了他一定的時間。如果他要把他的平均速度翻一番,他應該在同樣的時間中走過上述距離的兩倍。很明顯,要做到這一點,他必須不花任何時間便回到芝加哥。這是不可能的,因此史密斯根本沒有辦法把他的平均速度提高到每小時60千米。無論他返回時的速度有多快,整個旅行的平均速度肯定要低於每小時60千米。

如果我們為史密斯的旅行假設一個距離,事情便會容易理解一些。比如說,假設往返旅程各為30千米。由於他的平均速度為每小時30千米,他將用1小時的時間完成前一半的旅行。他希望往返旅行的平均速度為每小時60千米,這意味著他必須在1小時中完成整個60千米的旅程。可是,他已經把1小時的時間全都用了。無論他返回時速度有多快,他所用的時間全都用了。無論他返回時速度有多快,他所用的時間將多於1小時,因此他必定要用多於1小時的時間完成60千米的旅程,這使得他的平均速度低於每小時60千米。

升官題

傳說唐代尚書楊損,廉潔奉公,任人唯賢。有一次,要在兩名小吏中提升一人,主管提升工作的官員感到很難決斷,便請示楊損。楊損認為,作為一個官員,不僅要有高尚的品德,還要有一定的文化水平。於是,他說:“一個官員應具備的一大技能是速算。讓我出題來考考他們,誰算得快就提升誰。”楊損出了一道題:

“有人在林中散步,無意中聽到幾個強盜在商討如何分贓。他們說,如果每人分6匹布,則餘5匹;每人分7匹布,則缺少8匹。試問共有幾個強盜幾匹布?”兩個小吏聽過題目後,便用籌算解聯立一次方程組。後來,先得出正確結果的小吏果真升了官,大家心服口服。

這個故事反映出我國古代人民對於解聯立一次方程組的熟練程度。事實上,在2000多年前的《九章算術》中,已係統地敘述了聯立一次方程組的解法,這是中國古代數學的傑出貢獻之一。

《九章算術》是我國至今有傳本的一部經典數學著作,內容極為豐富,它幾乎集中了過去和當時的全部數學知識,將246個問題分為九章,所以叫做《九章算術》。

《九章算述》不是出自某一個人的手筆,不是一個時代的作品。它是經過曆代名家的修訂和增補,才逐漸成為定本的。它成書於何時,目前學術界尚無統一結論,據推測起碼在公元1世紀之前。《九章算術》對我國以及一些外國的數學發展有很大影響,直到16世紀我國的數學著作大都還是受它的體例影響。

一元一次方程問題在古埃及時已經出現。巴比倫人已經知道某些特殊的二次、三次方程的解法,例如:兩個正方形麵積之和是1000,其中一個邊長是另一個邊長的23少10,問各長多少?這相當於解聯立方程

x2+y2=1000,y=12x-10。

當時實際的解隻是由觀察某些簡單的數字關係而得到答案。

《九章算術》的第8章“方程”,給出了聯立一次方程組的普遍解法,並且使用了負數,這在數學史上具有非常重要的意義。

我國古代是用算籌來運算的,未知數不用符號表示,隻是將各個係數用算籌依次布列成方陣的形式。“程”是變量的總名,也有計量、考核、程式的意思。“方程”的名稱,就來源於此。

《九章算術》第8章的第1題為:

“今有上禾三秉、中禾二秉,下禾一秉,實三十九鬥;上禾二秉,中禾三秉,下禾一秉,實三十四鬥;上禾一秉,中禾二秉,下禾三秉,實二十六鬥。問上、中、下禾實一秉各幾何?

“禾”指黍米,一“秉”即一捆,“上禾三秉,中禾二秉,下禾一秉,實三十九鬥”就是說:三捆上等黍米,兩捆中等黍米,一捆下等黍米,一共可打出黍米穀39鬥。

設上、中、下禾,每捆各出穀x、y、z鬥,則用現代的方程來表達,可得

3x+2y+z=39,

2x+3y+z=34,

x+2y+3z=26。

在《九章算術》中列出的方程形式為:

在方程中隻能看到係數,看不到未知數,文字采用直排,而且閱讀時是從右到左的。由於這種方程中,未知數不用符號表示出來,實際上就是現代的分離係數法。書中給出的解法是聯立一次方程組的普遍解法。除了符號、名詞和計算工具不同外,和現代使用的消元法實質一樣。