代數不是萬能的,為什麼還要研究它

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:

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


如果告訴我們這種形式,怎麼求出原數呢?

比如:

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


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,

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


所以,我們得到:

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


解得:

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


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:

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


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:

代數不是萬能的,為什麼還要研究它


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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