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由这几个例子,可以看出“韩信”的点兵不限于三三,五五,七七地数。在中国的旧数学上,“大衍求一术”还有不少的应用,不过在这篇短文里却讲不到了。
到了这一步,我们可以问:“‘韩信点兵’这类的问题在西洋数学中怎样解决呢?”
要回答这个问题,你先要记起代数中联立方程式的解法来。不,首先要记起一般联立方程式所应具的必要条件。那是这样的,方程式的个数应当和它们所含未知数的个数相等,所以二元的要有两个方程式,三元的要有三个,倘使方程式的个数比它们所含未知数的个数少,那就不能得出一定的解答,因此我们称它为不定方程式系。
两个未知数而只有一个方程式,例如,
5x+10y=20
我们若将y当作已知数看,依照解方程式的顺序来解便可,而且也只能得下面的式子:
x=4-2y
在这个式子当中任意用一个数去代y,x都有一个相应的数值,如:
y=0,x=4-2×0=4;y=1,x=4-2×1=2;
y=2,x=4-2×2=0;y=3,x=4-2×3=-2;
y=-1,x=4-2×(-1)=6;…………
y的数值既可任意地定,所以这方程式的根便是不定的。
又三个未知数,而只有两个方程式,比如:
x+y-3z=8……(1)
2x-5y+z=2……(2)
依照解联立方程式的法则,从这两个方程式可以随意先消去一个未知数。若要消去z,就用3去乘(2)而和(1)相加,便得:
6x-15y+3z+x+y-3z=6+8
7x-14y=14
再移含有y的项到右边,并且全体用7去除,就得:
x=2+2y
照前例同一的理由,这方程式中y的值可以任意选用,所以是不定的,而x的值也就不定了,x和y的值都不一定,z的值跟着更是不定,如:
y=1,x=4,代入(1)z=-1 代入(2)z=-1;
y=2,x=6,代入(1)z=0 代入(2)z=0;
………………
就这种情形推下去,联立方程式的个数只要比它们所含的未知数少,就得不出一定的解答来。
这样说起来,不定方程式系不是一点儿用场都没有了吗?这个疑问自然是应当有的,不过用场的有无实在难说。和尚拾着常州梳子自然没用,但若是江北大姐拾着,岂不喜出望外仔细考察起来,不定方程式系虽然没有一定的解答,但它却将所含的未知数间的关系加上了限制。即如第一个例子,x和y的数值虽然不定,但若y等于0,x就只能等于4;若y等于1,x就只能等于2。再就第二个例子说,也有同样的情形。这种关系倘若再得到别的条件来补充,那么,解答就不是漫无限制了,本来一个方程式也不过表示几个未知数在某种情形所具的关系,也就只是一个条件。
我们就用“韩信点兵”的问题来做例子吧。
设三三数所数的次数为x,五五数所数的次数为y,七七数所数的次数为z,而原数为N,则:
N=3x+2=5y+3=7z+2
∴3x+2=5y+3……(1)
3x+2=7z+2……(2)
这有三个未知数而只有两个方程式,但我们应当注意x,y,z都必须是正整数,这便是一个附带的条件,
∴α-1=2β,α=2β+1
∴y=α+β=2β+1+β=3β+1,
x=y+α=3β+1+2β+1=5β+2
而N=3x+2=3(5β+2)+2=15β+8,
由(2)15β+8=7z+2,∴7z=15β+6,