1
笛卡爾曾經說過:
一切問題都可以轉化為數學問題,
一切數學問題都可以轉化為代數問題,
而一切代數問題又都可以轉化為方程問題.
這當然是種理想化的狀態,
不過有時候代數方法未必十分快捷有效.
比如:
求出乘積 120 的四個連續整數
大部分會想到設一個方程解決這個問題,
即:x(x+1)(x+2)(x+3)=120,
這個方程不太好解答,
換元法較為簡潔,
求解過程如下:
x(x+3)(x+1)(x+2)=120
(x^2+3x) (x^2+3x+2) =120
設x^2+3x =t,
即t(t+2)=120,
解得:t=10 或t = -12,
進而求得:x=-5 或x =2,
即四個連續整數為:-5、-4、-3、-2 或 2、3、4、5.
這個過程略顯繁瑣,
不如直接用非代數方法,
用明智的猜測,再進行驗證,
就可以找出答案.
誠然,代數解決問題不一定是最快的,
但絕對是非常實用好理解的,
比如下面的幾個例子中,
無不充斥著代數的強大功能……
2
請選擇任意一個各位數字互不相同的三位數,
寫出由這個數的三位數字可能構成的所有兩位數,
然後將這些兩位數之和除以原來那個三位數的各位數字之和,
結果一定是22.
舉個例子,123,
12+21+13+31+23+32=132,
132÷(1+2+3)=22.
我們可以羅列出所有符合要求的三位數,
逐一進行判斷,但這不是最優的算法……
我們從代數角度去證明它,
設三位數的個位、十位、百位分別為:a、b、c,
則三位數為:100c+10b+a,
這樣,所有兩位數之和為:
10a+b+10b+a+10a+c+10c+a+10b+c+10c+b
=22(a+b+c),
再除以(a+b+c)可得:22.
這一簡單例題說明了代數的價值.
3
任意以9 結尾的兩位數都可以表示為其各位數字之積加上其各位數字之和
這樣的兩位數很少,我們可以羅列出來:
9=(0×9)+(0+9);
19=(1×9)+(1+9);
29=(2×9)+(2+9);
39=(3×9)+(3+9);
49=(4×9)+(4+9);
59=(5×9)+(5+9);
69=(6×9)+(6+9);
79=(7×9)+(7+9);
89=(8×9)+(8+9);
99=(9×9)+(9+9).
這種模式非常簡單,
我們的研究不能侷限於此……
和上個例子一樣,我們從代數方面去解釋,
設這樣的兩位數為:10a+b,
其中a為十位上數字,b為個位上數字,
各位數字之和為:(a+b),數字之積為:ab.
於是,我們得到:
10a+b=ab+a+b,
9a=ab,(很明顯a≠0)
b=9.
如果將十位數字看成一整體,
亦可推廣:
109=(10×9)+(10+9);
129=(12×9)+(12+9);
239=(23×9)+(23+9);
1089=(108×9)+(108+9)……
4
1加上任意三個連續奇數的平方和總是12的整數倍
數論中有很多的未解之謎,
比如:哥德巴赫猜想、與質數有關的ABC猜想、安德里卡猜想等等……
上面的問題就是一個數論問題,
我們可以簡單設這三個奇數為:
2m+3,2m+1,2m-1,
這三個數的平方和為:
(2m+3)^2+(2m+1)^2+(2m-1)^2+1
=12(m^2+m+1),
即其是正數m^2+m+1的倍數.
理解這個問題,
就相當於理解了向更深層次研究代數問題的基礎問題.
下面是幾個類似問題,供大家可以思考:
定義:
三角形數:1、3、6、10、15、21……
正方形數:1、4、9、16、25、36……
五邊形數:1、5、12、22、35、51……
六邊形數:1、6、15、28、45、……
★每一個奇平方數等於一個三角形數的8倍加上1
★每一個五邊形數都等於三個三角形數之和
★六邊形數等於奇數項的三角形數
5
我們知道,
任意一個實數都可以寫出如下的形式:
如果告訴我們這種形式,怎麼求出原數呢?
比如:
整體等於局部,將右側分母下第一個1略去,剩下的部分也等於x,
所以,我們得到:
解得:
我們將負值捨去,得到了黃金分割數(φ).
關於黃金分割數的還有很有趣味的:
方法和上面類似,大家可以研究試一下.
我們利用反覆迭代的方法可以得到:
看到後面那一列數字了嗎?
1、1、2、3、5、8……
斐波那契數列,
也就是說,黃金分割數和斐波那契數列是有著某種聯繫的,
比如,我們將斐波那契數列的前一項除以後一項,
商趨近於:0.618.(黃金分割)
文章發於 公 號 【趣味數學故事】
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