[题]你在商店里买了一件19块钱的东西,但是你所有的钞票都是2块的,而老板所有的钞票都是5块的,那么你怎样付给老板钱?
其实这个问题可以换一种说法:你应该给老板几张2块钱的钞票,而老板应该找给你几张5元的钞票,而这两者的差额刚好是19块钱。
我们可以设两个未知数x、y,其中x表示你给商店的2元钞票的张数,y表示商店找给你的5元钞票的张数。
可以列出方程:
2x-5y=19
这个方程中有两个未知数,所以它可以有无数组解,但是,在这个题目中,x、y只能都是正整数。要找出这样的解并不是一件容易的事。这就是为什么我们要寻找解这类“不定方程”的方法。欧洲著名数学家刁藩都找到了解答这种方程的方法,因此这类方程也常常被称为“刁藩都方程”。
[解]我们根据题目来讲一讲怎么解这类方程。
2x-5y=19
我们要做的就是在方程中找出同时为正整数的x和y的值。
把2x分离出来:2x=19+5y,经过计算可以得到:
因为x、9、y均为正整数,所以,最后一项也应该是整数。令:
2t=1+y,y=2t-1
将y的表达式代入前面x的表达式中,得出:
x=9+2(2t-1)+t=5t+7
现在,让我们来看一下下面两个式子:
只要t是整数,那么x和y的值也一定都是整数。因为x和y不仅是整数,而且还是正数,所以
7+5t>0
2t-1>0
解这两个不等式:
所以,t的数值要大于。它可能的取值有以下几种情况:
t=1,2,3,4,……(www.daowen.com)
相应的,x和y可能的取值就是:
x=7+5t=12,17,22,27,……
y=2t-1=1,3,5,7,……
现在我们知道了,你可以付给商店12张2元的钞票,商店找给你1张5元的钞票:
12×2-5=19,
你也可以给商店17张2元的钞票,同时商店找给你3张5元的钞票:
17×2-3×5=19,
……
理论上,这道题可以有无数种的解,但因为顾客和商店拥有钞票的数都不是无限的,所以这道题的答案在实际中是有限的。比方说,如果双方都只有15张钞票时,那么付款方式就只能有一种:顾客给商店12张2元的钞票,商店给顾客1张5元的钞票。所以说,不定方程虽然理论上有无穷多解,但现实中常常只有有限的几种答案。
回到题目上来,如果顾客只有5元的钞票,而商店只有2元的钞票,那么应该如何付款呢?用上面的方法来解这个问题,我们可以得到一系列解:
x=5,7,9,11,……
y=3,8,13,18,……
通过计算,我们可以验证这些解都是正确的。
这道题目还能这样思考:既然付5元找2元就等于“顾客付给商店几张面值为5元的钞票,而商店找给顾客几张面值为2元的钞票,商店最后收进的钱恰好是19元”,因此,这个题目仍然可以用之前列出的方程来解答:
2x-5y=19
但要求x<0,y<0:
所以:
取t=-2,-3,-4,-5……根据上面的公式,我们可以计算出这些x和y的数值:
第一组解x=-3,y=-5表示,顾客“付负3张2元的钞票,而找回负5张5元的钞票”。用生活语言表达就是:顾客付5张5元的钞票,而找回了3张2元的钞票。其他的解也可以用同样方式来进行解释。
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