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第11章 古代方程

“原题”

今有甲、乙、丙三人持钱。甲语乙、丙:“各将公等所持钱半以益我钱,成九十。”乙复语甲、丙:“各将公等所持钱半以益我钱,成七十。”丙复语甲、乙:“各将公等所持钱半以益我钱,成五十六。”问三人元持钱各几何?(选自《孙子算经》26卷中)

“译文”

甲、乙、丙三人各带了一些钱。甲对乙和丙说:“如果你们两位各拿出自己钱的一半给我,那么我的钱数将为90.”乙对甲、丙说:“如果你们两位各拿出自己钱的一半给我,那么我的钱数将为70.”丙对甲、乙说:“如果你们两位各拿出自己钱的一半给我,那么我的钱数将为56.”问甲、乙、丙三人原来各带了多少分钱?

“解答”

《孙子算经》在解答这道题目时使用了方程法。不过需要说明的是,古算方程与今天的方程还是存在很大差异的:古算方程的类型比较单一,大致相当于今天的多元一次方程组——通过对若干未知数的系数进行不断调整,消去其余未知数,只保留关于一个未知数的等式,之后求解这个未知数,最后再通过这个已经求出的未知数,逐步推解其余未知数。

下面,我们来实际操练一下这道题目,以此感知古算方程的巧妙内涵。

根据题目描述的未知数间的关系,列方程组如下:

甲 ()(乙 丙)=90

乙 ()(甲 丙)=70

丙 ()(甲 乙)=56

将此三式分别乘以()将此三式分别乘以()

甲 ()(乙 丙)=135 甲 ()(乙 丙)=45

乙 ()(甲 丙)=105 乙 ()(甲 丙)=35

丙 ()(甲 乙)=84 丙 ()(甲 乙)=28

用--:

丙 ()甲 ()乙-()甲-()乙-()丙-()乙-()甲-()丙=84-45-35

丙=4

用--:

乙 ()甲 ()丙-()甲-()乙-()丙-()丙-()甲-()乙=105-45-28

乙=32

用--:

甲 ()乙 ()丙-()乙-()甲-()丙-()丙-()甲-()乙=135-35-28

甲=72

因此,甲的钱数是72,乙为32,丙为4.

古人用方程计算时是不设未知数x、y、z……的,他们只用算筹摆出未知项的系数,然后针对系数运筹帷幄。为了贴合现代人的思维方式,下面的一些题目我们采用标注未知数的方式,以便大家更透彻地理解古代方程的计算方式。

“原题”

今有甲、乙二人,持钱各不知数。甲得乙中半,可满四十八。乙得甲大半,亦满四十八。问甲、乙二人元持钱各几何?(选自《孙子算经》28卷下)

“译文”

现有甲、乙两人,所带钱数量不详。甲若得到乙所带钱的一半,钱数便达48.乙若得到甲所带钱的(),拥有的钱数也将达到48.问甲、乙二人原来各带多少钱?

“解答”

根据已知列方程组:

甲 ()乙=48

乙 ()甲=48

将×4,×6

4甲 2乙=192

4甲 6乙=288

用-

4乙=96

乙=96÷4=24钱

将乙所有钱数带入,甲=36钱。

因此,甲所带钱数是36,乙所带钱是24.

1.买卖牲畜

“原题”

今有卖牛二、羊五,以买十三豕,有余钱一千。卖牛三、豕三,以买九羊,钱适足。卖羊六、豕八,以买五牛,钱不足六百。问牛、羊、豕价格几何?(选自《九章算术》)

“译文”

今有人卖2头牛、5只羊,用所得的钱买13头猪,还剩下1000钱。如果卖3头牛、3头猪,用所得的钱买9只羊,收支刚好持平。如果卖6只羊,8头猪,用所得的钱买5头牛,就会缺600钱。问牛、羊、猪的价格各是多少?

“解答”

根据已知列方程组

2牛 5羊=13猪 1000

3牛 3猪=9羊

6羊 8猪=5牛-600

参考上面两道《孙子算经》方程题的解法,请你尝试用消去法独立求解这个方程组,最终的解是:

牛=1200

羊=500

猪=300

因此,一头牛的价格是1200钱,一只羊的价格是500钱,一头猪的价格是300钱。

2.受损的禾苗

“原题”

今有上禾五秉,损失一斗一升,当下禾七秉。上禾七秉,损失二斗五升,当下禾五秉。问上、下禾一秉各几何?(选自《九章算术》)

“译文”

今有上等禾苗5秉,损失1斗1升禾实之后,相当于7秉下等禾苗的禾实量。7秉上等禾苗,损实2斗5升禾实后,相当于5秉下等禾苗的禾实量。问上、下两等禾苗每天各有多少禾实?

“单位换算”

1斗=10升

“解答”

根据已知列方程组:

5上禾-11=7下禾

7上禾-25=5下禾

用消去法解方程后得:

上禾=5升

下禾=2升

因此,上等禾苗每天有禾实5升,下等禾苗每天有禾实2升。

3.文具的价格

2支圆珠笔和一块橡皮是3元钱;4支钢笔和一块橡皮是2元钱;3支铅笔和1支钢笔再加上一块橡皮是1.4元钱。那么,每种文具各一个加在一起是多少钱?

假设铅笔=X,钢笔=Y,圆珠笔=Z,橡皮=Q,可以得出:

2Z 1Q=3

4Y 1Q=2

3X 1Y 1Q=1.4

3Z 1.5Q=4.5

2Y 0.5Q=1

3X 1Y 1Q=1.4

把三者加起来是3X 3Y 3Z 3Q=6.9

由此可得X Y Z Q=2.3

因此,每种文具各一个加在一起是2.3元钱。

1.符号与数字

图中每一种符号代表一定的数值,图标上方的4个数字分别代表它们所对应列的数字之和,图标右方的4个数字分别代表它们所对应行的数字之和。问右侧问号处应该是什么数字?

先根据每行符号与数字间的对应关系列方程:

2() 2()=36

2() () ()=24

() 2()=32

4()=12

=3

把()=3带入、再用-:

=11

把()=3,()=11带入:

=7

再根据每列符号与数字之间的关系,求出太阳代表的数字;其实我们只要用一列数字来求解就可以了,其余列可以用来验算。最终求得()=17,17×4=68

因此,问号处应是68.

2.百钱百鸡

“原题”

今有鸡翁一,值钱五,鸡母一,值钱三,鸡雏三,值钱一。凡百钱买百鸡,问鸡翁母雏各几何?(选自《章丘建算经》)

“译文”

已知一只公鸡值5钱,一只母鸡值3钱,3只小鸡值1钱。现花100钱买了100只鸡,问公鸡、母鸡、小鸡各买了几只?

“解答”

这是一道著名的、而且具有一定难度的古算题目,可惜古人对这道题的算法描述得非常简略,我们已经难以从中获得思路启发。如果借用现代方程法求解,这道难题便会被巧妙化解。

首先,设公鸡有x只,母鸡有y只,小鸡有z只。根据已知列方程组如下:

5x 3y ()=100

x y z=100

将变形,可写作7x=4(25-y),这个式子说明x必须是4的倍数才能保证x、y都是整数,令x=4t,t为整数,则y=25-7t,z=75 3t。当t=1,2,3时,方程组的解分别为:

x=4,8,12

y=18,11,4

z=78,81,48

因此,这道题目有三组答案:

1.公鸡4只,母鸡18只,小鸡78只。

2.公鸡8只,母鸡11只,小鸡81只。

3.公鸡12只,母鸡4只,小鸡84只。

通过解答,我们可以发现,这道题目不仅要求解题者能够领会方程思想、正确建立数量间的对等关系,还要求我们能够根据已知条件的数量特征,比如是否是整数、能否被某数整除等,灵活地求出方程的解,这也就考察着我们的数字思维和运算能力。

3.卖炊具

大刚在农贸市场摆摊卖炊具,他只卖三种东西:炒锅每个30元,盘子每个2元,小勺每个0.5元。一小时后他共卖掉100件东西获得200元进账。已知每种商品至少卖掉两件,请问每种商品各卖掉多少件?

设炒锅、盘子、小勺子各卖了x、y、z件,显然x、y、z为整数且有:

x y z=100

30x 2y 0.5z=200

59x 3y=300,变形后得,

x=3(100-y)÷59

由于x为整数,100-y必是59的倍数,此时只有y=41时才满足条件,故y=41,x=3,z=56,即炒锅卖了3件,盘子卖了41件,小勺卖了56件。

4.百钱百鸡2

“原题”

百钱买百鸡,四钱一母鸡,一钱四雏鸡,多少母雏鸡?

“译文”

100钱买了100只鸡,4钱买1只母鸡,1钱买4只小鸡,问有母鸡、小鸡各多少只?

“解答”

虽然这也是一道百钱百鸡问题,但是它是否还需要用方程来求解呢?你有没有更简单清晰的思路?

观察这道题的数据你会发现几点特别之处:首先,100钱正好买了100只鸡;其次,如果我们把1只母鸡与4只小鸡分做一组,这5只鸡刚好值5钱;最后,100只鸡包含20个这样的组,而100钱也是由20个5钱组成的。据此,我们可以断定,母鸡有1只×20组=20只,小鸡有4只×20组=80只。

因此,母鸡有20只,小鸡有80只。

5.僧分馒头

“原题”

一百馒头一百僧,大和三个更无争,小和三人分一个,大和小和得几丁?(选自《算法统宗》)

“译文”

100个和尚分100个馒头,大和尚1人吃3个馒头,小和尚3人吃1个馒头,问大、小和尚各有几人?

“解答”

这道著名的“僧分馒头”题与上面的“百鸡问题”几乎如出一辙。我们同样可以给大、小和尚分组。根据已知条件的数量特征,把1个大和尚与3个小和尚分作一组,这样一组4人吃4个馒头。因为一共有100个和尚和100个馒头,因此这样的组有100÷4=25个。所以,大和尚有1人×25组=25人,小和尚有3人×25组=75人。

因此,有大和尚25人,小和尚75人。

6.春游

某学校组织了一次春游,包括带队的老师和所有任课老师及学生在内一共有100人。中午进行野餐,带队老师把带来的100份快餐自己留下1份,然后按老师每人2份,学生2人1份分下去,正好合适。你能算出这次春游去了多少老师、多少学生吗?

这道题的思路依然与前面两道古算题相同,需要注意的是,我们在给学生和老师分组之前,需要先从100人以及100份快餐中扣除带队老师那一份,将题目转化为“99人,99份快餐”问题,然后再依照相同的思路计算出结果。相信你已经能够独立完成剩余的部分了。

这道题目的正确答案是:这次春游连带队老师在内一共去了34位老师和66个学生。

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