【数学故事】数学文化|《九章算术》第5讲 数学江湖中的独孤九剑
前面我们更新了两篇文章:
文中都提到了《九章算术》的少广章,笔算开方术。那么《九章算术》这本书都讲了什么呢?我们将通过几讲,为大家讲述。
今天,我们更新最后一讲:第5讲 趣题赏析。
数学两大经典:欧几里得的《几何原本》,刘徽注的《九章算术》。
本讲导读
《九章算术》是现存最早的中国古代数学著作,是《算经十书》中最重要的一种,其中有许多数学问题,内容有趣,结构巧妙,形式多样,本文遴选其中的6道,与同行们共赏之:
要点解析
壹
一人三耕
例1:今有程耕,一人一日发七亩,一人一日耕三亩,一人一日耰(yōu)种五亩。今令一人一日自发、耕、耰种之,问冶田几何。
意思:有人耕田,一人一天能翻土7亩,一天能犁田3亩,一天能播种5亩,若让一人一天内又翻土又犁田又播种,能整好田多少亩?
赏析:这是一道农人耕田的趣题,把耕田的面积看作单位“1”,翻土的时间占1/7,犁田的时间占1/3,播种的时间占1/5,三样的时间共占1/7+1/3+1/5=71/105,所以,让一人一天内又翻土又犁田又播种,能整好田1÷71/105=105/71(亩)。
贰
凫雁对飞
例2:今有凫雁起南海七日至北海,雁起北海九日到南海。今凫雁俱起,问何日相逢。
意思:一只凫鹰从南海飞至北海,需时七日;一只大雁从北海飞至南海,需时九日,现在凫鹰和大雁同时分别从南、北海起飞,问几日后两鸟相遇。
赏析:这是一道凫雁对飞的相遇问题。设南海至北海的路程为单位“1”,凫鹰的速度是1/7,大雁的速度是1/9,根据“相遇时间=路程÷速度和”,求得两鸟的相遇时间是1÷(1/7+1/9)=63/16(日)。
叁
两鼠穿墙
例3:可有垣厚五尺,两鼠对穿。大鼠一日一尺,小鼠亦日一尺。大鼠日自倍,小鼠日自半。问何日相逢,各穿几何。
意思:有一堵墙厚5尺,两只老鼠分别从墙的两侧相对穿过来。大老鼠第一天穿1尺,小老鼠第一天也穿1尺。以后,大老鼠逐日加倍,小老鼠逐日减半。几天后两只老鼠可以相逢?这时它们各穿了多少尺墙?
赏析:这是一道看似相遇问题的趣题,但由于大小老鼠的工效每天都在变,不能直接利用相遇问题的数量关系求解,只能一天、一天先算。根据题意,第一天大、小老鼠各穿墙1尺,共穿2尺;第二天大老鼠穿墙2尺,小老鼠穿墙0.5尺,共穿2.5尺,两天两只老鼠共穿墙2+2.5=4.5尺;第三天大老鼠穿2×2=4尺,小老鼠只穿0.5÷2=0.25尺,共穿4+0.25=4.25尺,这样三天共穿4.5+4.25=8.75尺。可见,两天不够,三天又有多余。因此,两只老鼠相遇必在两天以后,不到三天,由两日后墙厚还有5-4.5=0.5(尺),故还需要穿墙0.5÷4.25=2/17(日)。于是
肆
米出三关
例4:今有人持米出三关,外关三而取一,中关五而取一,内关七而取一,余米五斗,问本持米几何。
意思:有人带着若干斗米出关,经过内关时,凡有7斗米,需付税一斗;经过中关时,内有米5斗,需付税1斗;经过外关时,内有3斗米,需付税1斗。这人走出三关后还余米5斗,这人原来带米多少?
赏析:这是一道还原问题的趣题。从还余米5斗往回想,把经过外关时带的米看作单位“1”,5斗米的对应分率是1-1/3=2/3,求得经过外关时的米等于5÷2/3=7.5(斗);又把经过中关时带的米看作单位“1”,7.5斗米的对应分率是1-1/5=4/5,求得经过中关时有米7.5÷4/5=75/8(斗);再把经过内关时带的米看作单位“1”,75/8斗米的对应分率是1-1/7=6/7,求得经过内关时有米75/8÷6/7=175/16(斗),即这人原来带米175/16斗。
伍
五日三返
例5:今有乘传委输空车日行七十里,重车日行五十里。今载太仓粟输上林五日三返,问太仓去上林几何。
意思:驾马车运输货物,空车一日行70里,重车一日行50里。现在从太仓运粮食到上林,5日往返3次,问太仓距上林多少里?
赏析:这是一道看似行程问题的趣题,求的是路程,却不能根据路程=速度×时间进行求解。根据题意,把太仓距上林的路程看作单位“1”,空车行完全程的时间是1/70,重车行完全程的时间是1/50,空车、重车往返一次的时间是1/70+1/50=12/350;又根据5日往返3次,知道往返1次需要5÷3=5/3日,即太仓距上林5/3÷12/350=875/18(里)。
陆
五渠同注
例6:今有池五渠注之,其一渠开之少半日一满,次一日一满,次二日半一满,次三日一满,次五日一满,今皆决之,问几何日满也。
意思:有一水池,五个沟渠向里面注水。甲渠独开,1/3日注满;乙渠独开,1日注满;丙渠独开,5/2日注满;丁渠独开,3日注满;戊渠独开,5日注满。五渠齐开,几日可注满水池?
赏析:这是一道工程问题的趣题,可直接利用工程问题的数量关系直接求解。根据合作时间=工作总量÷工作效率和,把满池水的量看作单位“1”,甲渠的效率是1÷1/3=3,乙渠的效率是1÷1=1,丙渠的效率是1÷5/2=2/,丁渠的效率是1÷3=1/3,戊渠的效率是1÷5=1/5,五渠的工效和是
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