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多余的一个

时间:2009-01-18 23:34 点击:
a.鲍伯和海伦经过公园时,他们瞧见“尼康高校”的乐队正在做队列练习。 b.乐队排成四列纵队前进,一个名叫斯皮罗的可怜的小乐手单独排在最末一排。乐队的指挥很令人讨厌。   c.让乐队改排成三列纵队前进,结果又剩斯皮罗自己排在最后排。   d.同样
  

a.鲍伯和海伦经过公园时,他们瞧见“尼康高校”的乐队正在做队列练习。

b.乐队排成四列纵队前进,一个名叫斯皮罗的可怜的小乐手单独排在最末一排。乐队的指挥很令人讨厌。

 

c.让乐队改排成三列纵队前进,结果又剩斯皮罗自己排在最后排。

 

d.同样的,到乐队排成两列纵队前进时,斯皮罗仍旧自己一排。

e.虽然没海伦什么事,她还是向指挥凑去。
海伦:我提个建议怎么样?
指挥:不行,小姐。请让开,别打扰我。

 

f.海伦:别以为我愿意理你!我只是想告诉你让他们排成五列纵队正好。
指挥:讨厌,我正想要试试呢。
当乐队排成五列纵地位时,每一排满好并且斯皮罗也不再自己排在最后一排了。
那么这个乐队总共有多少队员?

余数推算

其实海伦只不过数出了乐队的总人数,发现它是5的倍数而已。但你怎样才能在没到现场的情况下,确定其人数呢?

哈!诀窍在这儿呢。当乐队排2、3、4列纵队时,总是剩余一个人,即斯皮罗。显而易见,有这种特征的最小数是2、3、4的最小公倍数再加1 。而因为最小公倍数是12,所以任何一个比12的倍数大1的数当被2、3、4整除时都余1。

当乐队排五列纵队前进时,一个人也不多余。因此,人数又一定是5的倍数。所以,这个问题的答案一定是下列一串数的倍数:13、25、37 、49、61、73、85、97、109、121、133、145……

对于一个学校乐队来说,从145往上太庞大了,所以,尼康高校的乐队或者有85人,或者有25人。至于确定是二者中的哪一个,我们目前缺 乏足够的证据。

这个问题有一个很好变形,即除了每次以2、3、4路纵队前进时,最后一排都少一个人外,其它与上题都一样,问现在乐队有多少人?这又要 我们写出一串比12的倍数少1,又能被5整除的数,它们是:35、95、155……

美国的难题专家萨姆·洛德先生出了下面一个与上题有关、但更难一点的题:在纽约一个帕特里克节日里,一大群爱尔兰人正准备一年一度 的游行,指挥者试图把队伍排成10、9、8、7、6、5、4、3、和2路整齐的队伍前进,但每种情况下最后一排者都少一个人,因此人们认为这个 位置大概是给几个月前刚死的卡茜的灵魂留着的。最后,指挥者无可奈何命令队伍排单列纵队前进。假设游行队伍的总人数不超过5000人,那 么参加此次游行的共计有多少人?这是一道寻找一系列数字的最小公倍数的极好的练习。这种情形下的最小公倍数是2520,如果去掉“卡茜”所 占的位置,最终答案是2519。

如果每一次分配后剩下的人数是各不相同的,则问题似乎都比较困难。其实不然。比如追溯到十七世纪,印度算术课本上有这样一道难题: 一位挎着一篮鸡蛋的妇女被疾驰而过的马所惊,鸡蛋篮掉在了地上,篮子里的鸡蛋全碎了。当问及篮子里有多少蛋时,她只能记起当她以2、3 、4、5为一组数鸡蛋的数目时,每次分别剩余1、2、3、4只鸡蛋。那么她篮子里原来盛有多少鸡蛋呢?

这题乍看确实比上题难得多。实际上,它与我们做过的第二题的第一部分一样,因为在每种情形下,余数都比除数少1,因此与前面一样, 它可以通过寻找最小公倍数再减去1来解决。

当余数与除数没有固定关系时,问题就会真正变得变杂了。下面是一道以这类题为基础,借助计算器来进行的魔术,你将发现它是既有趣又 迷惑人的。

魔术师背对观众坐在一张椅子上,让某位观众心中随意想定一个不超过1000的数,然后用7去除这个数并报出余数;然后再用11去除原来想定的数,然后再用13去除,并都报出余数。

为加快这一魔术的进行,这位观众用袖珍计算器算出三个余数。其实这借助下面算法很容易解决:先完成除法,去掉商的整数部分,再将剩 下的分数部分乘以原来的除数,得出的结果即为要找的余数。

魔术师不仅仅知道三个余数,他之所以能猜算观众想的那个数字,缘由在于他也使用了袖珍计算器和贴在计算器上面小纸条上的公式:即:

K=(715a+364b+924c)/1001(其中K为要求的数)

 

在这个公式中,a、b、和c分别代表三个被报出来的余数,所求的数就是通过此公式计算出来的余数。

这个奇怪的公式是这样得到的。第一个系数是比a的倍数多1的b×c的最小倍数。找它有一个诀窍,当除数很小时,比如像此题的情况,很容 易得到要求的数。简单增长b×c的倍数(143,286,572,715……),直到此数被a除余1即是,在此a=7的情形下,系数是715。

其它两个系数可以通过同样途径得到。第二个系数是a×c的倍数中被b除余1的最小的数;第三个系数是a×b的倍数中被c除时余1的最小的数 。公式中分数线下面的系数就是由简单的a×b×c得来。通过这个公式,你可由任何一组被提供的互素的除数(没有公约数)导出一个玄秘的公式 。这里除数之间互素并不是必要条件。只是在我们的例题中为计算方便。

这个一般公式的证明要用到“模算术”及“中华余数定理”。这个定理是最有价值的数字定理之一,而这些数字定理在很多类似科学命题的 高深证法中起很重要的作用。

下面做一个练习,试导出一个公式,作为这一魔术的简单翻版。这练习可追溯到公元一世纪中国数学 家孙子,“中华余数定理”即以他的名字命名。此练习中被选的数字限定在1到105,除数是3,5和7,在此情形下,公式推导相当简单,经过多 次练习。你甚至可以用心算。

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