今有物不知其數(shù)三三數(shù)之剩二五五之剩三七七之剩二問(wèn)物幾何?
Q:今有物不知其數(shù)三三數(shù)之剩二五五之剩三七七之剩二問(wèn)物幾何?
此所謂孫子定理或中國(guó)剩余定理。聲明一下,我高三學(xué)生,請(qǐng)不要用小學(xué)方式解答本題,告訴我答案是23,我要的是方法。大概涉及到大學(xué)的數(shù)論和同余問(wèn)題?,F(xiàn)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行拓展,如果這個(gè)數(shù)字在1000以內(nèi),求它的全部可能解。設(shè)共有W個(gè)該物體,則有
W≡2(mod)3
W≡3(mod)5
W≡2(mod)7
這種表示方法該如何解方程組
A1:
小學(xué)奧數(shù)的數(shù)論板塊就有這部分內(nèi)容,我嘗試用小學(xué)奧數(shù)的方法講解(小學(xué)生都能懂)——
設(shè)自然數(shù)W滿足以下4個(gè)條件——
0<W<1000,W≡2(mod 3),W≡3(mod 5),W≡2(mod 7)
也就是說(shuō),自然數(shù)W在0到1000之間,并且是一個(gè)除以3余2、除以5余3、除以7余2的數(shù),那么——
W= 3x+2=5y+3=7z+2 ……①
(x、y、z為自然數(shù))
我們先來(lái)解整數(shù)不定方程:3x+2=5y+3
兩邊模3得——
2≡2y (mod 3)
y≡1 (mod 3)
令y=3m+1 ……②
(m為自然數(shù))
把②代入①得——
W=5(3m+1)+3=7z+2
W=15m+8=7z+2 ……③
接下來(lái)我們繼續(xù)解整數(shù)不定方程:15m+8=7z+2
兩邊模7得——
m+1≡2 (mod 7)
m≡1 (mod 7)
令m=7n+1 ……④
(n為自然數(shù))
把④代入③得——
W=15(7n+1)+8
W=105n+23 ……⑤
當(dāng)自然數(shù)n取0時(shí),W=23,是滿足條件的最小整數(shù)解.
接下來(lái)在(0,1000)的范圍內(nèi)求解,即解不等式——
105n+23<1000,解得n≤9.
將n=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9分別代入⑤式,即可求出W的全部10個(gè)解:
23、128、233、338、443、548、653、758、863、968.
A2:
注意到W除以3余2,除以7也余2,那么可以化同余為整除——
W= 3x+2=7z+2
W-2=3x=7z
W-2=3×7×k
(k為自然數(shù))
W=21k+2 ……①
又因?yàn)閃除以5余3,有——
W=21k+2=5y+3
解不定方程:21k+2=5y+3
兩邊模5得——
k+2≡3 (mod 5)
k≡1 (mod 5)
令k=5s+1 ……②
(s為自然數(shù))
把②代入①得——
W=21(5s+1)+2
W=105s+23
當(dāng)自然數(shù)s取0時(shí),W=23,是滿足條件的最小整數(shù)解.
接下來(lái)在(0,1000)的范圍內(nèi)求解,即解不等式——
105s+23<1000,解得s≤9.
將s=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9分別代入⑤式,即可求出W的全部10個(gè)解:
23、128、233、338、443、548、653、758、863、968.