《孙子算经》里有这样的问题:“今有物,不知其数,三三数之,剩二,五五数之,剩三,七七数之,剩二,问物几何?”答曰:“二十三。”
看似简单的余数问题,藏着中国古代数学的巅峰智慧,这就是让西方学者惊叹的「中国剩余定理」,又被称为“韩信点兵”。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
今天,我们共同学习,一起揭开这个千年难题的神秘面纱,以后再遇到此类余数问题,你也能像韩信一样秒出答案!文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
一、一道让刘邦懵圈的题:韩信是怎么点兵的?
相传刘邦问韩信:"你手下有多少士兵?"
韩信答:"每3人一列余1人,5人一列余2人,7人一列余4人..."
刘邦听得云里雾里,而韩信早已算出准确数字。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
这道题的本质,就是「已知一个数除以不同数的余数,求这个数」。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
比如上面《孙子算经》里的经典题: "有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?"文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
古人早就总结出解题口诀:
"三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,七子团圆正月半,除百零五便得知。"
翻译过来就是:文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
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除以3的余数×70, -
除以5的余数×21, -
除以7的余数×15, -
总和减去105的倍数,得到最小答案。
按这个方法计算:2×70 + 3×21 + 2×15 = 233,233-2×105=23,所以答案是23。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
二、解读中国剩余定理
中国剩余定理的核心,是「构造满足条件的数」。无论遇到多少个余数,只需三步:文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
第一步:找"特殊数"
针对每个除数,找到一个数:文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
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能被其他所有除数整除, -
除以当前除数余1。
比如求"除以3余2,除以5余3,除以7余2":文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/202508/jieduzhongguoshengyudinglihanxindianbingbeihoudeqiannianzhihuijintianzhongyunengkandongle.html
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找能被5、7整除,且除以3余1的数:70(5×7×2=70,70÷3余1), -
找能被3、7整除,且除以5余1的数:21(3×7=21,21÷5余1), -
找能被3、5整除,且除以7余1的数:15(3×5=15,15÷7余1)。
第二步:算"总和"
用每个余数乘以对应的"特殊数",相加:
2×70(对应除以3余2) + 3×21(对应除以5余3) + 2×15(对应除以7余2)= 233。
第三步:减"公倍数"
减去所有除数的最小公倍数(3×5×7=105)的倍数,直到结果最小:
233 - 2×105 = 23,就是答案。
三、剩余定理的实际应用
【例题1】 一个数除以3余2,除以5余3,除以7余4,问满足条件的最小自然数?
解: 用最普遍的“中国剩余定理”:
标注内容解法与剩余定理略有区别,结果都对
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3、5的公倍数:15、30、45、60……,找出除以7余4的数为60 -
3、7的公倍数:21、42、63、84…… 找出除以5余3的数为:63 -
5、7的公倍数:35、70、105、140……找出除以3余2的数为:35
可见60+63+35=158满足我们的条件,但不是最小的自然数,处理方法就是减去最小公倍数的若干倍,使结果在最小公倍数之内。所以答案为:158-105=53
【例题2】 一个数除以3、5、7、11的余数分别是2、3、4、5,求符合条件的最小的数?
解: 将3、5、7、11这4个数3个3个一起分别计算公倍数,如表:
3、5、7的公倍数中被11除余5的数不太好找,但注意到210除以11余1,所以210×5=1050被11除余5,由此可知770 + 693 +165 +1050 = 2678 是符合条件的一个值,但不是最小值,还需要减去3、5、7、11的公倍数使得它小于它们的最小公倍数.由于3、5、7、11的最小公倍数是1155,所以2678-1155×2=368是符合条件的最小值.
四、千年智慧的传承:为什么要学中国剩余定理?
这不仅是解题技巧,更是中国人的逻辑思维巅峰。早在南北朝时期,祖冲之就用它计算历法,比西方早1600年提出类似理论。今天,它还在密码学、计算机领域发光发热——你的手机加密传输,可能就用到了这个原理!
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