中国剩余定理是怎样的?

作者&投稿:弋尹 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
中国剩余定理是怎么推出来的?~

  这个要从韩信说起, 韩信是汉高祖刘邦手下的大将,他英勇善战,智谋超群,为汉朝的建立了卓绝的功劳。据说韩信的数学水平也非常高超,他在点兵的时候,为了保住军事机密,不让敌人知道自己部队的实力,先令士兵从1至3报数,然后记下最后一个士兵所报之数;再令士兵从1至5报数,也记下最后一个士兵所报之数;最后令士兵从1至7报数,又记下最后一个士兵所报之数;这样,他很快就算出了自己部队士兵的总人数,而敌人则始终无法弄清他的部队究竟有多少名士兵。
  这个故事中所说的韩信点兵的计算方法,就是现在被称为“中国剩余定理”的一次同余式解法。它是中国古代数学家的一项重大创造,在世界数学史上具有重要的地位。
  最早提出并记叙这个数学问题的,是南北朝时期的数学著作《孙子算经》中的“物不知数”题目。这道“物不知数”的题目是这样的:
  “今有一些物不知其数量。如果三个三个地去数它,则最后还剩二个;如果五个五个地去数它,则最后还剩三个;如果七个七个地去数它,则最后也剩二个。问:这些物一共有多少?”
  用简练的数学语言来表述就是:求这样一个数,使它被3除余2,被5除余3,被7除余2。《孙子算经》给出了这道题目的解法和答案,用算式表示即为:


  用现代的数学术语来说,这幅“开方作法本源图”实际上是一个指数为正整数的二项式定理系数表。稍懂代数的读者都知道:

  《孙子算经》实际上是给出了这类一次同余式组

  的一般解:

  其中70、21、15和105这四个数是关键,所以后来的数学家把这种解法编成了如下的一首诗歌以便于记诵:

  “三人同行七十(70)稀,
  五树梅花二一(21)枝。
  七子团圆正半月(15),
  除百零五(105)便得知。”


  《孙子算经》的“物不知数”题虽然开创了一次同余式研究的先河,但由于题目比较简单,甚至用试猜的方法也能求得,所以尚没有上升到一套完整的计算程序和理论的高度。真正从完整的计算程序和理论上解决这个问题的,是南宋时期的数学家秦九韶。秦
  九韶在他的《数书九章》(见图1一7一1)中提出了一个数学方法“大衍求一术”,系统地论述了一次同余式组解法的基本原理和一般程序。
  秦九韶为什么要把他的这一套计算程序和基本原理称为“大衍求一术”呢?这是因为其计算程序的核心问题是要“求一”。所谓“求一”,通俗他说,就是求“一个数的多少倍除以另一个数,所得的余数为一”。那么为什么要“求一”呢?我们可以从“物不知数”题的几个关键数字70、21、15中找到如下的规律
  其中70是5和7的倍数,但被3除余1;21是3和7的倍数,但被5除余1;15是3和5的倍数,但被7除余1,任何一个一次同余式组,只要根据这个规律求出那几个关键数字,那么这个一次同余式组就不难解出了。为此,秦九韶提出了乘率、定数、衍母、衍数等一系列数学概念,并详细叙述了“大衍求一术”的完整过程。(由于解法过于繁细,我们在这里就不展开叙述了,有兴趣的读者可进一步参阅有关书籍。)直到此时,由《孙子算经》“物不知数”题开创的一次同余式问题,才真正得到了一个普遍的解法,才真正上升到了
  “中国剩余定理”的高度。
  从《孙子算经》到秦九韶《数书九章》对一次同余式问题的研究成果,在19世纪中期开始受到西方数学界的重视。1852年,英国传教士伟烈亚力向欧洲介绍了《孙子算经》的“物不知数”题和秦九韶的“大衍求一术”;1876年,德国人马蒂生指出,中国的这一解法与西方19世纪高斯《算术探究》中关于一次同余式组的解法完全一致。从此,中国古代数学的这一创造逐渐受到世界学者的瞩目,并在西方数学史著作中正式被称为“中国剩余定理”。

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这个要从韩信说起,韩信是汉高祖刘邦手下的大将,他英勇善战,智谋超群,为汉朝的建立了卓绝的功劳.据说韩信的数学水平也非常高超,他在点兵的时候,为了保住军事机密,不让敌人知道自己部队的实力,先令士兵从1至3报数,然后记下最后一个士兵所报之数;再令士兵从1至5报数,也记下最后一个士兵所报之数;最后令士兵从1至7报数,又记下最后一个士兵所报之数;这样,他很快就算出了自己部队士兵的总人数,而敌人则始终无法弄清他的部队究竟有多少名士兵.
这个故事中所说的韩信点兵的计算方法,就是现在被称为“中国剩余定理”的一次同余式解法.它是中国古代数学家的一项重大创造,在世界数学史上具有重要的地位.
最早提出并记叙这个数学问题的,是南北朝时期的数学著作《孙子算经》中的“物不知数”题目.这道“物不知数”的题目是这样的:
“今有一些物不知其数量.如果三个三个地去数它,则最后还剩二个;如果五个五个地去数它,则最后还剩三个;如果七个七个地去数它,则最后也剩二个.问:这些物一共有多少?”
用简练的数学语言来表述就是:求这样一个数,使它被3除余2,被5除余3,被7除余2.《孙子算经》给出了这道题目的解法和答案,用算式表示即为:
用现代的数学术语来说,这幅“开方作法本源图”实际上是一个指数为正整数的二项式定理系数表.稍懂代数的读者都知道:
《孙子算经》实际上是给出了这类一次同余式组
其中70、21、15和105这四个数是关键,所以后来的数学家把这种解法编成了如下的一首诗歌以便于记诵:
“三人同行七十(70)稀,
五树梅花二一(21)枝.
七子团圆正半月(15),
除百零五(105)便得知.”
《孙子算经》的“物不知数”题虽然开创了一次同余式研究的先河,但由于题目比较简单,甚至用试猜的方法也能求得,所以尚没有上升到一套完整的计算程序和理论的高度.真正从完整的计算程序和理论上解决这个问题的,是南宋时期的数学家秦九韶.秦
九韶在他的《数书九章》(见图1一7一1)中提出了一个数学方法“大衍求一术”,系统地论述了一次同余式组解法的基本原理和一般程序.
秦九韶为什么要把他的这一套计算程序和基本原理称为“大衍求一术”呢?这是因为其计算程序的核心问题是要“求一”.所谓“求一”,通俗他说,就是求“一个数的多少倍除以另一个数,所得的余数为一”.那么为什么要“求一”呢?我们可以从“物不知数”题的几个关键数字70、21、15中找到如下的规律
其中70是5和7的倍数,但被3除余1;21是3和7的倍数,但被5除余1;15是3和5的倍数,但被7除余1,任何一个一次同余式组,只要根据这个规律求出那几个关键数字,那么这个一次同余式组就不难解出了.为此,秦九韶提出了乘率、定数、衍母、衍数等一系列数学概念,并详细叙述了“大衍求一术”的完整过程.(由于解法过于繁细,我们在这里就不展开叙述了,有兴趣的读者可进一步参阅有关书籍.)直到此时,由《孙子算经》“物不知数”题开创的一次同余式问题,才真正得到了一个普遍的解法,才真正上升到了
“中国剩余定理”的高度.
从《孙子算经》到秦九韶《数书九章》对一次同余式问题的研究成果,在19世纪中期开始受到西方数学界的重视.1852年,英国传教士伟烈亚力向欧洲介绍了《孙子算经》的“物不知数”题和秦九韶的“大衍求一术”;1876年,德国人马蒂生指出,中国的这一解法与西方19世纪高斯《算术探究》中关于一次同余式组的解法完全一致.从此,中国古代数学的这一创造逐渐受到世界学者的瞩目,并在西方数学史著作中正式被称为“中国剩余定理”.

古时候,我国有一部很重要的数学著作,叫《孙子算经》。书中的许多古算题,如“物不知数”问题、“鸡兔同笼”问题等等,都编得饶有情趣,1000多年来,一直在国内外广为流传。其中,尤以物不知数问题最为著名。

物不知数问题的大意是:“有一堆物体,不知道它的数目。如果每3个一数,最后会剩下2个;每5个一数,最后会剩3个;每7个一数,最后会剩下2个。求这堆物体的数目。”

这是一个不定方程问题,答案有无穷多组。按照现代解不定方程的一般步骤,解答起来是比较麻烦的。而若按照我国古代人民发明的一种算法,解答起来就简单得出奇。有人将这种奇妙的算法编成了一首歌谣:

三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,

七子团圆正半月,除百零五便得知。

歌谣里隐含着70、21、15、105这4个数。只要记住这4个数,算出物不知数问题的答案就轻而易举了。尤其可贵的是,这种奇妙的算法具有普遍的意义,只要是同一类型的题目,都可以用这种方法去解答。

《孙子算经》最先详细介绍了这种奇妙的算法。书中说:凡是每3个一数最后剩下1个,就取70;每5个一数最后剩1个,就取21;每7个一数最后剩下1个,就取15。把它们加起来,如果得数比106大,就减去105。最后求出的数就是所有答案中最小的一个。

在物不知数问题里,每3个一数最后剩2,应该取2个70;每5个一数最后剩3,应该取3个21;每7个一数最后剩2,应该取2个15。由于2×70+3×21+2×15等于233,比106大,应该减去105;相减后得128,仍比106大,应该再减去105,得23。瞧,只需寥寥几步,我们就算出了题目的答案。

这种奇妙的算法有许多有趣的名称,如“鬼谷算”、“韩信大点兵”、“秦王暗点兵”等等,并被编成许多有趣的数学故事。它于12世纪末就流传到了欧洲国家。

可是,13世纪下半叶,我国数学家秦九韶遇到了一个与物不知数问题很相似的题目,却不能用这种奇妙的算法来解答。

秦九韶遇到的题目叫“余米推数”问题,在数学史上也很名。它有一种有趣的表述形式。

一天夜里,一群盗贼洗劫了一家米店,放在店堂里的3箩米几乎被席卷一空。第二天,官府派人勘查了现场,发现3个箩一样大,中间那个箩里还剩下14合米,而两边的箩里只剩下1合米了。

盗贼偷走了多少米呢?店主不记得每个萝里装了多少米,只记得它们装得一样多。”

后来,行窃的3个盗贼都被抓住了。可是,他们也不知道偷了多少米。那天晚上,店堂里漆黑一团,盗贼甲摸到了一个马勺,用它从左边那个箩里舀米;盗贼乙摸到一个木鞋,用它从中间那个箩里舀米;盗贼丙摸到一个漆碗,用它从右边那个箩里舀米。盗贼们不记得舀了多少次,只记得每次都正好舀满,舀完最后一次后,箩里剩下的米都已不够再舀一次了。

在米店里,人们找到马勺、木鞋和漆碗,发现马勺一次能舀19合米,木鞋一次能舀17合米,而漆碗一次只能舀12合米。问米店共被窃走多少米,3个盗贼各盗窃了多少米?

为什么说余米推数问题与物不知数问题很相似呢?如果把米店被窃走的米数看作是一堆物体,这个题目实际上就是:

有一堆物体,不知道它的数目。如果每19个一数,最后剩下1个,每17个一数,最后剩14个,每12个一数,最后剩下1个。求这堆物体的数目。

秦九韶想,既然这两个题目很相似,那么,它们的解法也应该很相似。“鬼谷算”解答不了余米推数问题,说明它还不够完善,于是他深入探索了古代算法的奥秘,经过苦心钻研,终于在古代算法的基础上,创造出一种更普遍、更强有力的奇妙算法。

这种新算法也就是驰名世界的“大衍求一术”,它是我国古代数学里最有独创性的成就之一。国外直到19世纪,才由大数学家高斯发现同样的定理。因此,这个定理也就被人叫做“中国剩余定理”。

秦九韶也因此获得了不朽的声誉。西方著名数学史专家萨顿,对秦九韶创造性的工作给予了极高的评价,称赞秦九韶是“他的民族、他的时代以至一切时期的最伟大的数学家之一”。






中国剩余定理指什么?
中国剩余定理 民间传说着一则故事——“韩信点兵”。秦朝末年,楚汉相争。一次,韩信将1500名将士与楚王大将李锋交战。苦战一场,楚军不敌,败退回营,汉军也死伤四五百人,于是韩信整顿兵马也返回大本营。当行至一山坡,忽有后军来报,说有楚军骑兵追来。只见远方尘土飞扬,杀声震天。汉军本来已十分...

盈亏问题和中国剩余定理的区别
区别可大了。中国剩余定理,又称中国余数定理,是数论中的一个关于一元线性同余方程组的定理,说明了一元线性同余方程组有解的准则以及求解方法。盈亏问题是把一定数量的物品平均分给一定数量的人,由于物品和人数都未知,只已知在两次分配中一次是盈(有余),一次是亏(不足);或者两次都盈余,或者两次都...

中国剩余定理原理解释
中国剩余定理的解释 又称“ 孙子 定理”。1852年, 英国 来华传教士伟烈亚力将《孙子算经》中“物 不知 数” 问题 的解法传至欧洲。1874年,英国数学家马西森指出此法符合1801年由高斯得出的关于同余式解法的一般性定理,因而西方称之为“中国剩余定理”。 词语分解 中国的解释 ∶指中原地区与 ...

中国剩余定理是什么的别称
中国剩余定理是孙子定理的别称,是中国古代求解一次同余式组(见同余)的方法,也是数论中一个重要定理,又称中国余数定理,最早可见于中国南北朝时期。另外民间俗称该定理为“韩信点兵”,该问题是世界数学史上闻名的问题,涉及到数论中一次同余式组的解法,而数论又是纯粹数学的分支之一,主要研究整数的...

中国剩余定理公式是什么?
(中国剩余定理CRT)设m1,m2,...,mk是两两互素的正整数,即gcd(mi,mj) =1,i≠j,i,j = 1,2,...,k 则同余方程组:x≡b1 (mod m1)x≡b2 (mod m2)...x≡bk (mod mk)模[m1,m2,...,mk]有唯一解,即在[m1,m2,...,mk]的意义下,存在唯一的x,满足:x≡bi mod [m1,...

第6集 中国剩余定理 孙子定理 原理与算法
中国剩余定理,这个古老智慧的结晶,其核心原理可用最简洁的语言概括:在模数两两互质的情况下,任何不同的余数组合在模乘积范围内具有唯一对应值。这其实源自于同余性质的深刻洞察,它衍生出了三个关键原理:基础版:当两个模数互质,任一数对在它们的乘积范围内,余数组合独一无二。 通用版:对于多个...

中国剩余定理‎意义
中国剩余定理,这个古老的数学概念,其核心在于解决看似复杂但实际上有着广泛应用的问题——“物不知数”。实质上,它提供了一种求解一般同余方程组的策略。这个方程组的形式为:对于互质的正整数 m1, m2, ..., mi,以及任意整数 a1, a2, ..., ak,方程组可以表示为:x ≡ a1 (mod m1)x ≡...

孙子定理中国剩余定理
更为普遍的剩余定理,即求解一组一次同余式的一般方法,其实质是《孙子算经》中算法的扩展。《孙子算经》中提到的“大衍求一术”就是这个定理的体现,它涉及选择满足特定条件的乘率Ki,来求解一次同余组的最小正整数解。这一方法在秦九韶的《数书九章》中被系统地阐述,并在解决实际问题如历法计算中...

中国剩余定理的证明
方法一(直接构造):由m,n互素,存在u,v使得u*m+v*n=1(裴蜀定理)。令x=v*n*a+u*m*b,则一方面,x=(v*n)*a+u*m*b=(1-u*m)*a+u*m*b=a-u*m*a+u*m*b=(u*b-u*a)*m+a;另一方面,x=v*n*a+(u*m)*b=v*n*a+(1-v*n)*b=v*n*a+b-v*n*b=(v*a-...

中国剩余定律的简便解法
中国剩余定理有一个关于3、5、7的为什么除以三的余数乘70除以5的余数乘21除以7的余数乘15最后除以105 中国剩余定理 民间传说着一则故事——“韩信点兵”。秦朝末年,楚汉相争。一次,韩信将1500名将士与楚王大将李锋交战。苦战一场,楚军不敌,败退回营,汉军也死伤四五百人,于是韩信整顿兵马也返回...

察隅县17761361719: 中国剩余定理 - 搜狗百科
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