粵語歌文化歷史研究者,喜歡鑽研文字與音樂的創作,也喜愛數學與棋藝等等。
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2010-03-11 07:33:38
古代中國的數學是巧於設計算法的,比如「盈不足術」,掌握了它,就可以輕鬆地解決一大類看似雜七雜八、隱而不見、難以索解的問題。站在應用數學方面來說,是方便了很多沒有甚麼數學細胞,又或是不需要深入研究數學理論的人的。筆者多看了幾道可用盈不足術來解決的問題,感到這些問題,小學高年班都會看得明白並感到富於趣味:原來除了列方程,還可以用這種又稱作「二次假設法」的盈不足術來解!
這裡為自己做了一點盈不足術的學習筆記,也希望其他網友能用得上。
公式頁
例題一
今有三人共車,二車空;二人共車,九人步,問人與車各幾何?(摘自《孫子算經》)
解:
按題意
車數 × 3人-6人=人數
車數 × 2人+9人=人數
據公式2可算出車數:(6+9)÷(3-2)=15輛
據公式1可算出人數:(3×9+2×6)÷(3-2)=39人
注:其實這一題用代數方法亦不難先解出車數是15輛。
例題二
今有百鹿入城,家取一鹿,不盡;又三家共一鹿,適盡。問城中家有幾何?(摘自《孫子算經》)
按:這是很簡單的代數問題,比例題一還簡單些。設城中有x家,則有x+(x∕3)=100,這樣便解得x=75。
可是古人卻是用盈不足術來解的,雖然好像是用了牛刀來宰雞,但從中我們可以看到使用盈不足術的一般步驟。
解
分別假設城中有90家或72家,可得下面的關係式:
K(a) × 90-20=100 因為90+90÷3=120,比100多20。
K(a) × 72+4=100 因為72+72÷3=96,比100少4。
據公式3,可算出:(90×4+72×20)÷(20+4)=75
例題三
按體積計算,已知三份漆可以換得四份油;四份油可以調和五份漆。現有漆
解
先設出漆
再設出漆
由此得關係式:
K(a) × 12-2=30
K(a) × 9+6=30
據公式3,可算出用以換油的漆的數量是:(12×6+9×2)÷(2+6)=
所以,換得的油有
註:這一題用代數方法來解的話,列方程時頗需要多動一下腦筋才成。
設m是用以換油的數量,則有4∕
反而,使用盈不足術的話,就只是做兩次假設,然後把有關數據代入公式,腦筋明顯是少花了。
例題四
今有大器五小器一容3斛,大器一小器五容2斛,問大小器各容幾何?(摘自《九章算術》)
解:
先設大器容0.5斛,小器相應容:3-0.5×5=0.5斛;
大器一小器五共容:0.5+0.5×5=3斛,盈1斛。
再設大器容0.55斛,小器相應容:3-0.55×5=0.25斛;
大器一小器五共容:0.55+0.25×5=1.8斛,不足0.2斛。
得關係式:
K(a) × 0.5-1=2
K(a) × 0.55+0.2=2
據公式3,可算出大器的容量是:(0.5×0.2+0.55×1)÷(1+0.2)=13∕24斛,
所以小器的容量是:7∕24斛。
註:以代數方法求解,這題目屬二元一次聯立方程。但用盈不足術,則可以完全不管,只是如法假設兩回,取得數據後代入公式便成吶!
例題五
用繩子來量度井的深度,把繩子三摺來量度,井外餘繩4尺;把繩子四摺來量度,井外餘繩1尺。請算出井的深度和繩長多少。(摘自《算法統宗》,題目已譯成白話)
解
注意,這是個「兩盈」問題。所以各個公式裡的正號改為負號,並以大數減小數。
由題意,有以下關係式:
繩長 × 1∕3 - 4尺 = 井深
繩長 × 1∕4 - 1尺 = 井深
據公式1可算出井深:(1∕4 × 4 - 1∕3 × 1)÷(1∕3 - 1∕4)=8尺
據公式2可算出繩長:(4 - 1)÷(1∕3 - 1∕4)=36尺
註:盈不足術除了「盈、不足」、「兩盈」、「兩不足」外,尚有「盈、適足」及「適足、不足」兩種情況,但這最後的兩種情況,基本上都可照套用上述的公式,只需注意各個差數都取絕對值便行。