比例和不等于“1”的问题研究

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaoshuang1989
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  传说在很久以前,有一位老人有三个儿子和17匹马,在他临终前他对三个儿子说:“我已经写好了遗嘱,我把马留给你们,你们一定要按我的要求去分. ”老人去世后,三兄弟看到了遗嘱. 遗嘱上写着:“我把17匹马全都留给我的三个儿子,大儿子得二分之一,二儿子得三分之一,三儿子得九分之一. 不许杀马,不许流血,你们必须遵从父亲的遗嘱. ”按照父亲的遗嘱,每个人得到的马都不是整数. 大儿子得八又二分之一匹,二儿子得五又三分之二匹,三儿子得一又九分之八匹,难道要把马杀死吗?这可难为老人的三个儿子了.
  正当三兄弟一筹莫展时,有一位智者正好骑着马路过这里,他听说了这件事,就把自己的马借给兄弟三人,让他们分完马再将马还给他,兄弟三人借了智者的马再分,大儿子分得一半,即18 × = 9(匹),二儿子分得三分之一,即18 × = 6(匹),三儿子分得九分之一,即18 × = 2(匹),18 - 9 - 6 - 2 = 1(匹),剩下的这匹马正好还给智者.
  分马的故事,据说已经在全世界流传上千年了. 而智者也似乎从形式上解决了此问题,但真正如何从数学的角度来解决此问题,分马故事的背后又隐藏着什么样的数学知识,这是一个值得思考的问题. 下面我们从两个不同的角度来剖析此问题.
  一、运用分配比例的方法分析分马问题
  几千年来,人们都走入了一个相同的误区,即认为遗嘱所说的二分之一、三分之一和九分之一,都是相对于17匹马来说的,只要撇开这个认识的限制,从全面整体的观点来分析这个问题,就会找出符合要求的分配方案. 先看一个例子:“有12只羊分给三个儿子,大儿子得二分之一,二儿子得三分之一,三儿子得六分之一,则三个儿子各分到几只羊?”,易知,大儿子分到6只羊,二儿子分到4只羊,三儿子得2只羊,具体算法为,大儿子:12 × = 6(只),二儿子:12 × = 4(只),三儿子:12 × = 2(只).
  这实质是一个简略写法,补全是:
  大儿子:12 × = 6,二儿子:12 × = 4,三儿子:12 × = 2,这里分母的1 = + + .我们之所以写成12 × ,12 × ,12 × 的形式,是把“1”省略了. 其实质上是应该有“1”存在的,这里的比例 , , 也是相对于总体“1”来说的,它们是分别占总体“1”的 , , ,而不是相对于12只羊来说的. 相对于分马问题,每给大儿子二分之一,就要给二儿子三分之一、给三儿子九分之一,所以实际上是要按照 : : 这样的比例进行分配,而不是把17匹马的 , , 分给三个儿子,比例和 + + = < 1,我们就不能用各个分比除以“1”了,这时的总体应是它们的比例和“ ”,它们的比例和不等于“1”,故不能省略,所以具体分法为:大儿子:17 × = 17 × = 17 × = 9(匹).同理,二儿子:17 × = 6(匹),三儿子:17 × = 2(匹).
  二、运用极限的方法分析分马问题
  假如先不考虑老人关于不许杀马的要求,而硬把17匹马的二分之一、三分之一和九分之一分别分给三兄弟,完成第一次分配;第一次分配后剩下一部分马,再把剩下的这部分马的二分之一、三分之一和九分之一分别分给三兄弟,完成第二次分配;第二次分配后还剩下一部分马,再把剩下的这部分马的二分之一、三分之一和九分之一分别分给三兄弟,完成第三次分配;照此办法,任何有限次分配总不能把17匹马全部分完. 而无穷无尽地分下去,三兄弟所分得的马各是一个无穷级数的和:
  大儿子:第一次分配得:17 × , 第二次分配得:17 × × 注: + + = ,剩下:1 - = , 同理,第三次分配得:17 × × …
  则大儿子分得的马数 = 17 × + 17 × × + 17 × × + 17 × × + … = × = 9(匹)
  同理二儿子分得的马数= 17 × + 17 × × + 17 × × + 17 × × + … = × = 6(匹)
  同理三儿子分得的马数17 × + 17 × × + 17 × × + 17 × × + …= × =2(匹)
  张景中院士所著的《数学传奇》一书指出,像分马问题有好多版本,但都是改变一下总数和分配比例,一共可以有七种变化,就是说,这个故事可以有七种讲法. 如果在每一种讲法中把马的总匹数记为n,把三兄弟分得的比例记为 : : ,则可以列表如下:
  上述七种讲法都是关于可以用“借来一匹马,按规定的比例分配后恰好剩下一匹,再还回去”的办法及上述两种方法来解的.
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