a.又是奎伯教授。

奎伯教授:我给你再出一个难题。假如在我所有的宠物中,除了两只以外都是狗,除了两只以外都是猫,除了两只以外都是鹦鹉,那我有多少宠物。

b.你算出来了吗?

c.奎伯教授恰好有3只宠物:

一条狗,一只猫和一只鹦鹉。

“全部”即是一

这个混淆的小问题可以用心算来解决,只要你认识到“全部”这个词也可以只是一个动物,最简单的情况——一条狗、一只猫、一只鹦鹉——就给出了答案。但是,这是把问题用代数式解决的一个很好的练习。

用x,y和z代表狗、猫和鹦鹉的数量,n表示全部动物的数量,我们可以写出四个联立方程式:

n=x+2

n=y+2

n=z+2

n=x+y+z

这些方程可用任何标准解法来解,从前三个方程中得到x=y=z,从n=x+2和n=3x(从第四个方程中得到)我们可以写出x+2=3x,它给出x的值是1,从x的值随后就可以得到全部的答案。

由于动物的数量是正整数,我们可以把奎伯的宠物问题认为是对所谓丢番图问题的简单检验,这是一个必须用整数求解的代数方程问题。丢番图问题可以无解、一个解、有限解和无限解。这是一个难度较小的丢番图问题,涉及三种不同动物的联立方程式。

1头奶牛值10美元,1头猪值3美元,1头羊值50美分。一个农夫要买100头牲畜,每种至少买1头,总共花100美元,每种牲畜各买多少?

用x表示奶牛数,y表示猪数,z表示羊数,我们可以写两个方程:

10x+3y+z/2=100

x+y+z=100

在第一个方程中各项都乘以2消去分式,然后再减去第二个方程,这就消去了z,得到:

19x+5y=100

x和y应是什么整数值?求解的途径是安排方程左边的最小系数:5y=100-19x两边用5除:y=(100-19x)/5现把100和19x用5除,把5的余项放后边形成未尾的分式,结果是:y=20-3x-4x/5

显然,表达式4x/5一定是整数,这意味着x必须是5的倍数,5的最小倍数是5自身,这给出y的值是1(代回两个原方程式),得z的值为94,如x取大于5的倍数,y就是负值,所以这个问题只有一个解:5头奶牛,一头猪和94头羊。

只要在这个问题中改变动物的价格,你就能发现许多基本的丢番图分析。例如,奶牛4美元,猪2美元,羊1/2美元,如果这个农夫用100美元买100头牲畜,每种牲畜至少一头,各买多少头?这种情况下有三个解。如果奶牛5美元,猪2美元,羊50美分呢?此时无解。

丢番图分析是数论的一个重要分支,有无限应用前景,一个著名丢番图问题——费马最后定理,对于方程xn+yn=zn是否有整数解,这里n是大于2的正整数,(如果n=2,称为毕达哥拉斯三角形,从32+42=52。开始有无限解),这是数论中最著名的没有解决的问题,没有人找列一个解或证明其无解。