《孙子算经•度量衡》

我们现在小学教材中的“鸡兔同笼”问题,便是来自于《下卷》31题:

今有雉(鸡)、兔同笼,上有三十五头,下有九十四足。
问:雉、兔各几何?

答曰:雉(鸡)二十三,兔一十二。

古书中的数学题鸡兔同笼有趣的抬腿与捆腿

怎么算出来的呢?《算经》中给出了两种方法:

术曰:上置三十五头,下置九十四足。
半其足,得四十七,以少减多,再命之,上三除下四,上五除下七,下有一除上三,下有二除上五,即得。

又术曰:上置头,下置足,半其足,以头除足,以足除头,即得。

是不是很晕?实在这两种方法是一回事,只是一个讲得详细一点,一个讲得笼统一点。

第(1)步,“半”是做除法。
“半其足”,便是94÷2=47(只)脚。

第(2)步,“除”是做减法。
只是古人习气跟我们相反,表达的是“小的数用大的数来减”的意思。
“上三除下四,上五除下七”、“以头除足”,便是47-35=12(只)。

第(3)步,“下有一除上三,下有二除上五”、“以足除头”,便是35-12=23(只)。

为什么可以这么做呢?

我们可以来假设一下。
如果鸡抬起一只脚,也便是鸡采取了“金鸡独立”的姿态,一条腿立在地上;兔子抬起两只脚,“直立行走”姿态,两条腿立在地上。
立在地面上的脚是总数的一半,也便是:94÷2=47(条)

47这个数,代表的是每只鸡一条腿,每只兔子两条腿;从数量上来说,相称于鸡数了一遍,兔数了两遍。
因此从47中,减去鸡和兔的总数,剩下的便是兔子的数数量。

兔子有47-35=12(只)。

则,鸡有35-12=23(只)

以是,上面的打算,可以归结为两步算式:

(1)总脚数÷2-总头数=兔子数

(2)总头数-兔子数=鸡数

做一次除法和一次减法,立时能求出兔子数,多大略!
我们的古人多聪明。

但是,能够这样算,紧张利用了兔和鸡的脚数分别是4和2,4又刚好是2的两倍。
是分外条件下的分外算法。
当6条腿的蛐蛐遇上8条腿的蜘蛛时,或当4个轮子的轿车遇上6个轮子的卡车时,上面的方法就行不通了。

我们会创造,“鸡兔同笼”问题的难点,也是问题的实质在于“转换”:一只鸡和一只兔的腿数是不相同的——一只鸡2条腿,一只兔子4条腿。

以是,我们可以把古人的分外算法,分解为“抬腿法”或“捆腿法”,来帮助理解个中的转换逻辑,进而办理更多的类似问题。

[抬腿法]

现在一共是35个头,94条腿。

先让每只动物都抬起一条腿,那鸡就变成了1条腿,兔子变成3条腿,立在地上的还有94-35=59(条)腿。

接着,让每只动物再抬起一条腿,现在鸡一屁股坐在地上(0条腿)了,兔子变成2条腿直立姿态,立在地上的还有59-35=24(条)腿。

这些剩下的腿就都是兔子的了。
1只兔子有2条腿立在地上,一共24条腿,那么兔子有24÷2=12(只)。

则,鸡有35-12=23(只)。

后来,“鸡兔同笼”的问题传到日本,被改为“鹤龟算”,那么一屁股坐在地上的就该当的丹顶鹤了。

[捆腿法]

鸡和兔共有35只,如果把兔子的两只前脚用绳子捆起来,看作是一只脚,两只后脚也用绳子捆起来,看作是一只脚,那么,兔子也就成了2只脚的“兔子鸡”。

现在,鸡兔总的脚数是35×2=70(只),比题中所说的94只要少94-70=24(只)。

松开一只兔子脚上的绳子,总的脚数就会增加2只,即70+2=72(只),再松开一只兔子脚上的绳子,总的脚数又增加2,再一只,2……一贯连续下去,直至增加24,因此兔子有24÷2=12(只)。

则,鸡有35-12=23(只)。

这里是假设全是鸡,基本关系式为:兔数=(实际脚数-每只鸡脚数×鸡兔总数)÷(每只兔子脚数-每只鸡脚数)

也可以设想35只都是兔子,那么就有4×35=140(只)脚,多了140-94=46(只)。

每只鸡比兔子少(4-2)只脚,以是每一只鸡要还回去2只脚。

鸡数:46÷(4-2)=23(只).

则,兔有35-23=12(只)

基本关系式为:鸡数=(兔脚数×总头数-总脚数)÷(兔脚数-鸡脚数)

不管是“抬腿法”还是“捆腿法”,实质上,都是捉住了数量转换关系,并利用“假设法”来简化关系,从而办理问题的方法。

这样的思考办法,有普遍意义。
鸡和兔可以用,蟋蟀和蛐蛐可以用,小轿车和卡车也可以用,买东西还可以用。

举一反三

1.一只蛐蛐6条腿,一只蜘蛛8条腿。
有蛐蛐和蜘蛛共10只,共68条腿,蛐蛐和蜘蛛各有多少只?

2.1瓶可乐6元,1瓶雪碧8元。
牛牛共买这两种饮料8瓶,共花58元。
可乐和雪碧各有多少瓶?

3.一辆卡车有6个轮子,一辆小汽车有4个轮子,停车场一共有14辆车,现在一共有72个轮子,你知道卡车和小汽车各有几辆吗?

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