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今有物不知其数三三数之剩二五五之剩三七七之剩二问物几何?

2023-01-02 17:18 作者:奥数奥术师  | 我要投稿

Q:今有物不知其数三三数之剩二五五之剩三七七之剩二问物几何?

此所谓孙子定理或中国剩余定理。声明一下,我高三学生,请不要用小学方式解答本题,告诉我答案是23,我要的是方法。大概涉及到大学的数论和同余问题。现对此问题进行拓展,如果这个数字在1000以内,求它的全部可能解。设共有W个该物体,则有
W≡2(mod)3
W≡3(mod)5
W≡2(mod)7
这种表示方法该如何解方程组

A1:

小学奥数的数论板块就有这部分内容,我尝试用小学奥数的方法讲解(小学生都能懂)——

设自然数W满足以下4个条件——

0<W<1000,W≡2(mod 3),W≡3(mod 5),W≡2(mod 7)

也就是说,自然数W在0到1000之间,并且是一个除以3余2、除以5余3、除以7余2的数,那么——

W= 3x+2=5y+3=7z+2 ……①

(x、y、z为自然数)

我们先来解整数不定方程:3x+2=5y+3

两边模3得——

2≡2y (mod 3)

y≡1 (mod 3)

令y=3m+1 ……②

(m为自然数)

把②代入①得——

W=5(3m+1)+3=7z+2

W=15m+8=7z+2 ……③

接下来我们继续解整数不定方程:15m+8=7z+2

两边模7得——

m+1≡2 (mod 7)

m≡1 (mod 7)

令m=7n+1 ……④

(n为自然数)

把④代入③得——

W=15(7n+1)+8

W=105n+23 ……⑤

当自然数n取0时,W=23,是满足条件的最小整数解.

接下来在(0,1000)的范围内求解,即解不等式——

105n+23<1000,解得n≤9.

将n=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9分别代入⑤式,即可求出W的全部10个解:

23、128、233、338、443、548、653、758、863、968.

A2:

注意到W除以3余2,除以7也余2,那么可以化同余为整除——

W= 3x+2=7z+2

W-2=3x=7z

W-2=3×7×k

(k为自然数)

W=21k+2 ……①

又因为W除以5余3,有——

W=21k+2=5y+3

解不定方程:21k+2=5y+3

两边模5得——

k+2≡3 (mod 5)

k≡1 (mod 5)

令k=5s+1 ……②

(s为自然数)

把②代入①得——

W=21(5s+1)+2

W=105s+23

当自然数s取0时,W=23,是满足条件的最小整数解.

接下来在(0,1000)的范围内求解,即解不等式——

105s+23<1000,解得s≤9.

将s=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9分别代入⑤式,即可求出W的全部10个解:

23、128、233、338、443、548、653、758、863、968.

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