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第66章 代数的故事(1)

1.探究“代数学”

1400年前,花拉子模生活在波斯北部一个叫花拉子模的城市,他也因此而得名。他出生在商人家庭,从小就有机会跟随父亲的商队到处游历,先后到过印度、阿富汗等国,后来在巴格达定居。由于游历甚广,他对这些国家的科学非常了解,而且精通天文、地理、数学等,因此担任了阿拉伯王朝的官员。

花拉子模生活在阿拉伯王国最强大的时代。当时,阿拉伯正在不断对外扩张,它的版图横跨欧、亚、非三个大洲,中国的史书上把它叫做“大食国”。大食国吸收外国的文化,把希腊、波斯和印度的书籍都翻译成阿拉伯文。花拉子模就在这些条件下研究“代数学”。

花拉子模写了一本书,叫做《代数学》。在这本书里他讨论了方程的解法,第一次给出了二次方程的一般解法。还把方程的解叫做“根”,这个说法一直用到现在。

后来,这本书传到欧洲,有个叫罗伯特的科学家把它翻译为“还原与对消的科学”,也叫做“方程的科学”。这就是拉丁文里面的“代数学”。这样,欧洲的数学家们也了解了代数的知识,后来还有很多人不断地去研究它。

在中国,“代数学”这个名称最早出现在1859年,那个时候还是清朝。中国数学家李善兰和一个英国数学家一起,翻译了英国的代数学方面的一本书,当时就定名为《代数学》。还指出了,所谓代数学,就是用符号来代表数字的一种方法。

花拉子模为代数学的产生起了非常重要的作用。《代数学》不仅是一部非常伟大的作品,而且是世界人民共同的财富。

一个无赖在街上逛了半天,感觉非常饿,于是就吃了一些东西,可又感觉特别渴,便走进了一家汤店。

他找了一个位子坐下,然后大声叫道:“小二,来碗鸡汤。”小二听了很快就端上了一碗香喷喷、热乎乎的鸡汤,并且对无赖说:“每碗十二文。”无赖冲着小二瞪大了眼睛说:“我有的是钱!”

然后他慢慢享用起鸡汤来。直到碗里还剩一点。这时小二走过来,说:“付钱。”无赖甩出了十文钱,小二一看急了,说:“我刚刚不说了,一碗汤十二文,你怎么给十文呢?”无赖又冲着他说:“我的汤都喝了吗?没有,我只喝了十二分之十,一碗汤十二文,所以我给你十文呀!”说着,无赖拍着屁股走出了汤店,小二还傻乎乎地站在那儿想呢!

2.诸葛亮点兵

诸葛亮机智过人,精通天文、地理、数学等各种科学。他被刘备重用,掌管大小事物。

一天,诸葛亮去校场清点兵马。士兵们整整齐齐排好队,鲜艳的旗帜迎风招展,等着诸葛亮到来。这时诸葛亮手持羽扇,好威风,昂首阔步登上点将台。随从们站在边上,听着诸葛亮发令。

诸葛亮胸有成竹,手执令旗,调遣军队。只见诸葛亮呼啦啦把旗一挥,发出信号。士兵们的队形马上发生了变化,排成3列横队,前后对得整整齐齐。诸葛亮默默记下了不足3人一排中余下的人数。接着,诸葛亮的令旗又一挥,士兵们排成5列横队,每五人一排也对齐。诸葛亮又记下最后一排不足5人的数。最后,诸葛亮再变一次队形,把整个军队变成7列横队,每七人一排也对齐。诸葛亮再数了不足7人一排中的人数。诸葛亮就根据这三个数,算出缺席士兵的人数,看上去很容易,很快就完成了。

不过随从心里有点纳闷,这样真行吗?有一位冒失者就问道:“大人,您已经点清了吗?”

这位随从把诸葛亮的答案拿来一对,确实不差,于是接着问:“请问您是怎样点兵的?”

“这不是我诸葛亮的发明,你去仔细读读《算经十书》这本书就知道了。”

这位随从后来发现,《算经十书》中的《孙子算经》中确实有一道题,与诸葛亮点兵的方法相同,大致意思是这样的:

有一堆东西,个数不知道。不过,三个三个一数,剩两个;五个五个一数,剩三个;七个七个一数,剩两个。请问一共有多少个?

这个问题的解法在书中也有详细的阐述。后来,欧洲人高斯也发现了类似的定理,但要晚一千多年。人们把这类问题称为“中国剩余定理”或“孙子定理”。中国古文明的火花闪烁出夺目的光辉。不仅如此,明朝数学家程大位还编出一首歌诀,通俗易懂:

三人同行七十稀,

五树梅花廿一枝,

七子团圆正半月,

除百零五便得知。

这首歌诀说的是:把除以3的余数乘70,把除以5的余数乘21,把除以7的余数乘15,然后全加起来减去105的倍数或加105的倍数。

这些问题应用到很多方面,看来在很早以前,人们就发现了这样的数学问题。

老师讲完交集、并集的概念之后,提问学生:

(1)设A={x|x是参加百米赛跑的同学},B={x|x是参加跳高比赛的同学},求A∩B。

(2)设A={x|x是第三农场的汽车},B={x|x是第三农场的拖拉机},求A∪B。一学生答道:

(1)中A∩B={x|x是参加百米障碍赛的同学}。

(2)中A∪B={x|x是第三农场的联合收割机}。

3.三坏蛋偷鸡

为了节省空间,便于看护,人们喜欢把鸡和兔子放在一只笼子里。

由于人们对自家鸡兔严格看管,黄鼠狼、狐狸、野狼已经有很长时间没吃到东西了。为了找到食物,三个坏家伙又聚到一起了。

黄鼠狼说:“我都多日没吃过一顿饱饭了,再这么下去就要饿死了。村子里那么多的鸡和兔子,无论如何我都要偷一些出来,香喷喷的兔肉把我都馋死啦。”

这个提议得到狐狸和野狼的欢迎。它们决定偷偷地潜入村里,给自己的胃里增加点油水。

狐狸和黄鼠狼私交甚好,因此它俩一致推举野狼去执行这次的任务。这俩一个劲地恭维野狼的强壮、勇猛。

几句恭维话说得野狼美滋滋的,狼一甩尾巴说了句:“包在我身上了!”直奔村里去了。

村里静悄悄的,狼看到所有的笼子中间都钉有木板,看不到猎物的身子,只能看见晃动的头和立在地上的脚。

狼跑回来和两个伙伴商量说:“我看不清有多少只兔子和鸡,只能看到它们的头和脚,这可怎么办?”

狐狸想了一下说:“没关系,你只要数清楚有几个头和几只脚,我俩就能算出有几只兔子、几只鸡。”

不一会儿,狼就回来了,气喘吁吁地说:“我数出来了,在村北的一个大笼子里有22个头,72只脚。”

狐狸问:“数对了吗?”

野狼回答:“没错,我数了三遍。”

狐狸在地上用树枝算了算,说:“笼子里有14只兔子,8只鸡。”

黄鼠狼听说有14只兔子可高兴了,催促说:“咱们快去偷吧。对了,你是怎样算出兔子数的?”

“这个容易。”狐狸说,“一共有22个头,假定把兔子也算作两只脚,这样22只鸡和兔都长有两只脚,共有22×2=44(只)脚。从72里减去44,剩下的就是每只兔子另外那两只脚的总数,再除以2呢,不就是兔子的数了吗?从总数减去兔子数就得鸡数。”

野狼佩服地点点头:“老弟真是老谋深算,难怪人家都叫你‘狡猾的狐狸’呢!”

三个黑影向村里奔去。打前锋的野狼早就饿红了眼,它走到笼子跟前,被早已埋好的夹子夹了个正着。它痛苦地嚎叫起来,狐狸和黄鼠狼见大事不妙,刚想往回跑,就被早已埋伏好的村民抓了个正着。三个坏家伙全部被抓到了,得到了它们应该有的惩罚。

上午第四节课,小于肚子饿,无心听课,坐在位子上呆呆地想着牛肉、面包。

数学老师发现他走神,便提问他:“1.130小数点向右移动一位,将会怎么样?”

小于毫不犹豫地回答:“将会开午饭!”

4.不会说话的主人

很久以前,一个村庄里有一个远近闻名的财主。他从不思考自己的话,为此得罪了不少人。

有一天,他设宴请客,桌上摆满了鸡鸭鱼肉、山珍海味。客人来了不少,可是他希望能来的几个人物却没来,他非常失望,就不假思索,自言自语道:“该来的怎么还不来呢?”

在座的客人们一听,心里凉了一大截,大家以为他不欢迎他们的到来。一半的人饭都没吃就走了。

他一看,这么多人不辞而别,心里十分着急,又不假思索地说:“啊!不该走的倒走了!”

剩下的人听了,心里十分生气,“他这么说,是当着和尚骂秃贼。这么说,我们是该走的了!”于是,又有2/3的人不告而别。

现在剩下的客人没几个了,财主更着急了:“这,这,我说的不是他们啊!”

剩下的3个客人听到主人这么说,还能坐得住吗?“不是说他们,那当然是说我们啦!”剩下的3个人也都气冲冲地打道回府了。

结果,宾客全部跑光了,只剩下主人一人干着急。

财主无意间气走了所有的客人,在他说第一句话以前,已经有几个客人到场?列个一元一次方程解一下答案就出来了。

设原有客人为x,则:

x/2+2/3×(x/2)+3=x,

∴x=18。

所以,他曾有过18位客人。

数学老师:“现在,我们可得出结论,X等于零。”

学生:“唉!算了这老半天,都白费工夫了!”

5.爱因斯坦解惑

爱因斯坦从小聪明好学,可是,他非常讨厌当时学校军事化的管理,逃学就成了他常有的事。一天,他又逃学了,跑到工程师雅谷布那儿去玩,工程师很喜欢这位聪明伶俐的少年。此时,爱因斯坦对数学有浓厚的兴趣。他很想请教雅谷布几个问题。

“叔叔,代数学了有什么用呢?”爱因斯坦面露愁容,突然发问。

看着爱因斯坦迷惑的目光,雅谷布不知如何给他讲才能让他理解。

想了一会儿,他找到一个很好的方法来解释。于是,他开始给爱因斯坦讲一个故事。

从前,有一个偏僻的山村。有段日子,村里闹狼,弄得鸡犬不宁。人们恨之入骨,几次进山搜捕,都没有找到狼的踪迹。

初冬,下了一场雪,一条贪婪凶残的大灰狼又闯进村子,被人们发现后仓皇逃跑。村里的猎手拿起猎枪,沿着狼的足迹,踏雪追踪。

“啊,有洞!”猎人警惕地握紧手中的猎枪,一步一步地逼近洞口。

“呜……”洞内发出阵阵吼声。这是大灰狼在向猎人示威。

“砰!”一枪射向洞内。

“嗖!”一声,大灰狼突然从洞中冲出,夺路而逃。

“砰!”又是一枪,正好击中大灰狼的后腿。

大灰狼倒下了,被猎人用绳子死死捆住,一点也动弹不得。

大灰狼被捉住了,大家非常感谢猎人,赞扬他为民除害,做了一件好事。

这个故事深深地吸引了小爱因斯坦的注意力,但是他并不知道这和代数有什么关系。

爱因斯坦感到工程师并没能回答他的问题。这时雅谷布继续说:“我们代数里也有‘大灰狼’,方程里的未知数x就是我们要逮的‘大灰狼’。”

“捉大灰狼不容易,解方程也不简单。去分母,脱括号,移项,合并同类项等等。可是当你经过一番努力,求出方程的解以后,你就会感到有一种说不出的满足和愉快,正好像猎人逮住大灰狼时的心情一样。”

爱因斯坦迷惑的眼睛突然放出了光,他不再迷惑了,他知道了什么是代数学,并且深深地喜欢上了它。如果没有数学的帮助,他不可能成为伟大的物理学家。

数学老师问小汤米:“如何把5块土豆分给6个人呢?”

“这好办,做成土豆泥,再分!”

6.用数学计算星期几

古巴比伦人发明了星期的说法。他们把火星、水星、木星、金星、土星、太阳、月亮加在一起,制定出了月曜日(星期一)、火曜日(星期二)、水曜日(星期三)、木曜日(星期四)、金曜日(星期五)、土曜日(星期六)、日曜日(星期日)。

这种用周来划分月份的方法,为人们制订计划提供了更好的工具。

可是一个星期有7天,你能算出从今天开始100天以后是星期几吗?

如果一天天地数,中间十有八九会出错。这时如果能够找出日历当中隐藏的数学知识,这件事就会变得很简单了。

首先想一想今天是星期几,之后把“一周有七天”记在脑子里,不管是100天后、1000天后,还是345天后,想要知道那天是星期几,这个问题就会迎刃而解。

“今天是星期五,那么100天之后的那天是星期几呢?”

如果今天是星期五的话,14×7=98,98天后的那天还是星期五,100天后的那天就相当于星期五再过两天,那就是星期日。

1000天后的那天是星期几也可以利用同样的方法进行计算。1000÷7=142.85……虽然不能整除,但我们可以知道142×7的结果在1000之内;142×7=994吧?如果今天是星期日,那么994天后也是星期日,再向后数6天,1000天后的那天是星期六。

利用同样的方法,“1000天前的那天是星期几”这样的问题也可以不在话下了。如果今天是星期六,那么994天前就是星期六,那么1000天之前就应该是星期六之前的第六天,也就是星期日。

你看懂了吗?自己写一个数字测验一下,看看和日历上的星期是否相同。

数学课上,老师说:“一座殿堂位于山的最高处。通向殿堂的路上有5个平台。平台与平台之间有20级台阶。孩子们若要到达殿堂需要登上多少级台阶呢?”

“要登上所有的!”小卡洛尔赶忙回答。

7.挑战出来的奇迹

一场激烈的数学竞赛,推动了一个伟大的发现——一元三次方程的求根公式。参加数学竞赛的两个人分别是塔塔利亚和菲俄。

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