在十二生肖中,如果论可爱,那么兔兔肯定是能够名列前茅的。但提到著名的“鸡兔同笼”问题,这份可爱,估计就要大打折扣了。相信很多人都好奇过,为什么鸡和兔老被放在一起?今天我们就来了解一下。
“鸡兔同笼”问题在其他国家都有变体。其实,“鸡兔同笼”问题不仅仅是中国小朋友终生难忘的数学思维启蒙问题,还是国家对外交流数学文化的代表。这个问题最早见于我国的古籍,但在很多国家都有变体。比如俄罗斯的“人狗问题”:一队猎人一队狗,两队并着一队走,数头一共三百六,数腿一共八百九。几个猎人几条狗?在日本的“鸡兔同笼”问题被改编成为“龟鹤问题”。在其他国家,也都有相对应的版本。
在我国的古代名著《镜花缘》中也有类似“鸡兔同笼”问题的升级版:众人在小整山观灯时,发现楼上的灯有两种,一种上面3个大灯球,下缀6个小灯球,另一种是上面3个大灯球,下缀18个小灯球,大灯球共有396个,小灯球共有1440个。楼下的灯也分两种,一种一个大灯球,下缀2个小灯球,另一种一个大灯球,下缀4个小灯球,大灯球共有360个,小灯球共有1200个。请你算一算楼上楼下这四种灯各有多少个?
至于为什么是鸡和兔被关在一起,应该只是数学家一时的脑洞大开,并无什么特定的缘故。毕竟,在我们的民俗文化中也没有这一传统。
有1500多年历史的“鸡兔同笼”问题,首先,大家请听题:笼子里有若干只鸡和兔。从上面数,有35个头,从下面数,有94只脚。问,鸡和兔各有几只?这道著名的“鸡兔同笼”问题,折磨小朋友们可超过1500多年了。
南北朝时期,一部名为《孙子算经》的数学著作横空出世!这个孙子不是写《孙子兵法》的孙子,至于是谁也不清楚了。《孙子算经》| 图源:sohu.com
这本书在后世并不出名,在历史上的学术地位也远远比不上那部早在汉朝就已经成书,收录了246个数学问题的《九章算术》。就是在这本书里,记录了最早的“鸡兔同笼”问题。“今有雉、兔同笼,上有三十五头,下九十四足。问雉、兔各几何?”
同时,在这本古籍中也给出了解法:“上置三十五头,下置九十四足。半其足,得四十七。以少减多。”这意思就是:头的数量=1个鸡头+1个兔头=35个头
脚的数量=2只鸡脚+4只兔脚=94只脚
这样把脚的数量除2(半其足),就得到一半脚的数量=1只鸡脚+2只兔脚=47只脚
这样头的数量=鸡数+兔数,一半脚的数量=鸡数+2倍兔数
于是用一半脚的数量减去头的数量,正好可以得到兔的数量,是12只,再根据总的头数是35,可以知道鸡的数量是23只。
由于在这个解题过程中,需要把鸡的脚数除以2让它只剩一只脚,因此这个解法还有一个好听的名字,叫“金鸡独立”法。
除了这种传统解法,还有画图法、列表法、假设法、方程法等等方法,研究起来非常有趣。
斐波那契中的兔子问题,说了半天我们中国数学里的兔兔,那么外国小朋友的数学作业里有兔兔么?
当然,也是有的,兔兔不会放过每一个小朋友。1202年,意大利数学家斐波那契在他出版的一本书中提出这样一个问题:假设有一对刚出生的小兔子,一个月能长成大兔子,再过一个月便能生下一对小兔子。按照每对刚出生的小兔子一个月后长成大兔子,每对大兔子每月生一对小兔子的规律进行下去,假设一年内没有兔子死亡,则一年后会有多少对兔子?
我们可以先列个表算一下。现在我们知道一年后会有233对兔子。
如果按照这种规律计算下去,我们就会得到一个神奇的数列:1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144、233……由于这个数列是数学家斐波那契以兔子繁殖为例引入的,所以人们把它叫作“斐波那契数列”,也叫“兔子数列”。当然要感谢兔兔惊人的繁殖能力,才能让这个问题有这么一个恰当的例子,否则,还真是不好换其他什么动物呢。
只不过,这里要委屈一下澳大利亚人了,澳洲大陆表示,没人比我更懂兔子的繁殖。
仔细观察,我们会发现斐波那契数列很有意思,包含很多规律,比如:从第三项起,每一项等于前面相邻两项之和;每个奇数项(第一项除外)的平方都比前后与之相邻的两项之积大1;每个偶数项的平方都比前后与之相邻的两项之积小1;第3、6、9、12、…项的数,能被2整除;第4、8、12、…项的数,能被3整除;第5、10、15、…项的数,能被5整除。
斐波那契数列包含的规律还有很多,大家可以自己找找看。比如,对数螺旋线和黄金分割也与斐波那契数列相关。黄金螺旋与斐波那契数列有关,当数列转换成图像,就会得到这个在构图中很常见的弯曲螺旋。| 图源:canva.cn
好了,今天兔兔带大家学习了数学,过完年……接着好好写作业吧。