请问这两道线性方程题出错了吗?

一筐鸡蛋:11个拿,正好拿完;22个拿,还剩1个;33个拿,正好拿完;44个拿,还剩1个;55个拿,还差1个;66个拿,还剩3个;77个拿,正好拿完;88个拿,还剩1个;99个拿,正好拿完。问:筐里最少有多少个鸡蛋?

有高手没?算算吧!算不出转发其他群,看看哪个群里高手多。经激将,终于有高手绞尽脑汁给出了答案:1449个。这个数字经验算是正确的。问题是:它是怎么得来的;是否满足了最少的条件。看来,如果缺少必要的推算步骤,那么问题仍不能算作已经解决。

此题从逐个拿到99个拿共有9个剩余条件。但是第一个条件无意义,因为鸡蛋不管有多少,11个拿都不会有剩。第二个条件只指出答案应是单数,况且已知44个拿和88个拿都剩1个,所以也无多大意义。接下来,第三和第四个条件也是多余的,因为99个拿既然能正好拿完,那么33个拿也必定正好拿完;88个拿既然还剩一个,那么44个拿也必定只剩一个。如此说来,对解题有意义的只是从5开始的五种拿法、五个条件。

另外,鸡蛋只能论个,所以这里涉及的都是正整数。据此,本题在本质上可以改述为:求一个最小的正整数,它除以54除以63除以70除以81除以90

虽然整数除法连小学生都会,但是你要是从9开始把正整数一个个拿来试的话,那就太费时间了,即使每天试算100个数,也需两星期才能试出,而且还不能有错。看来得另想办法。

       办法是有的,不过要用到同余理论。如果你还不知道何为同余,那么下一节就不能跳过不看。

       整数相除,只要不能整除,就会产生余数。反之,整除可以看成余数为零的特殊情况。

同余指的是两个整数分别除以同一个整数时所得的余数相同。例如2614除以6的余数都是2,于是称2614在除数为6时同余。如果用符号表示同余,用括号()来补充说明除数是多少,则上述的同余关系可以写成:2614(mod 6)。这里的英语单词mod可以音译成指的就是除数。

n),读作ab对模n同余(模n,就是说除数是n)。像这种表达同余关系的数学式就叫做同余式。它有点像等式,但a=b是相等关系,而ab则是同余关系。2614 的意思绝不是说两者相等。

n)也可以解读为“a除以nb”。下面遇到的情况基本上都是如此。

另外,以上的abn都如同26146一样,被认为是已知数。一旦同余式中存在未知数,那么这个同余式就被称作同余方程。特别是,形如 axb(mod n) 的方程,由于未知数x的次数只是一次,所以专门称作一次同余方程,或线性同余方程

n),其中abn都是已知数,m是未知数,我们怎样得知它有没有解,以及有解的话有几个解呢?判决的规则是这样的:假如an的最大公约数是d,而d又能整除b,那么方程就有解,而且恰好有d个解。

中,36的最大公约数是3,但3不能整除2,所以方程无解。

6)。其中46的最大公约数是2,而2能整除2,所以方程有解,且有两个解。

至于解的具体求法,则因题而异。此类题的方程不只一个,而是联立的一组。如果这组方程的几个模两两互质,那么解就有一般的公式可以套用。但在我们的问题里,由于除数689 都不互质,所以只能利用余数的性质来求解。

余数的性质有很多,我们用得上的就这一个。所用之处是:已知两数乘积的余数以及一个乘数的余数,求出另一个乘数的余数。方法是用乘积的余数除以一个乘数的余数,不够整除就加一次模,还不够就再加。例如,已知9m÷76,其中m为正整数,问m÷7余几?答:因为9÷72,而乘积的余数是6,除以乘数9的余数23,因而 m÷73,而且m至少是3

设所求的数(筐里最少的鸡蛋总数)为S。据题设,S能被79整除,所以它一定等于63的倍数,可以写成63m,其中63=7×979的最小公倍数,而未知数m则是另一个大于1的正整数。

又,S除以54,除以63,除以81。将S换作63m后,可列出线性同余方程组如下:

按照上述的判决规则,在方程(1)中,635的最大公约数=11能整除4,所以方程(1)有解,且只有一个解;在方程(2)中,636的最大公约数=33能整除3,所以方程(2)有解,且有三个解;在方程(3)中,638的最大公约数=11能整除1,所以方程(3)有解,且只有一个解。

     【第二步】运用余数性质,分别求出三个方程中m对不同模的余数。

现在问题可以进一步归结为:求一个正整数m,它除以53,除以6135,除以87

为简单计,先在m÷6的三个可能的余数中取5,即设m÷65。这时应注意到m÷87,就是说,m只要加上1,就能同时被68整除。而68的最小公倍数是24,所以m最小等于24 -1=23。经验算,m=23这个结果同时也能满足除以53的条件,所以肯定是问题的一个解。但是它是否最小,还需检查一下当m÷61或余3时的情况。

如果m÷63,那么m减去3之后就能同时被65整除,因为m÷5也余3。而56的最小公倍数是30,因而在这个剩余条件下m最小应是30+3=33。这个数已比2310,而且还不满足除以87的条件,故应舍弃。

满足除以53这个条件的m的可能值有:381318232833……

满足除以61这个条件的m的可能值有:171319253137……

满足除以87这个条件的m的可能值有:7152331394756……

比较可知,在m÷61的情况下,在小于23的范围内,并没有能够同时满足三个条件的m值,可见m=23应当是最小的解。

与本题同类的应用题,最早见于我国南北朝时期成书的《孙子算经》。此书下卷的第26题现在被称作孙子问题物不知数题。题的原文是:今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二。问物几何?

如果把这里的具体化为鸡蛋,把三三、五五、七七数之,扩展为五五、六六、七七、八八、九九数之,那么孙子问题就变成我们上面所讨论的拿鸡蛋的问题了。只不过孙子问题中的除数357是两两互质的,因而可以有一般的解法:答数 (三三数之的余数×70+五五数之的余数×21+七七数之的余数×15)

孙子在算经中给出的,正是上述这种不管剩几都能适用的一般解法而我们的问题只是就事论事,能算出满足题设的具体数字即可。相比之下,孙子问题虽然数据简单,但就题目的最终目的而言,它比我们拿鸡蛋仅仅要求得出1449这个具体数字要困难得多。正因为如此,我们说:拿鸡蛋这道题做不出就太丢人了。要知道,物不知数”这类早在一千五百年前就已经出现并有人解答了。

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