题:你在商店里买了一件衬衣,价钱是19 卢布,你身上只有面值2 卢布的钞票,售货员手中的钞票是5 卢布的。请问:你能够付清这件衬衣的钱吗?要怎么支付?
要解这道题就要知道:你需要给售货员几张面值2 卢布的钞票,他应该找给你几张面值5 卢布的钞票,使它们的差值正好是19 卢布。题中有两个未知数,你给售货员的钞票张数x,售货员找给你的钞票张数y,但只能列出一个方程:
2x-5y=19
虽然一个方程中有两个未知数,可以有无数组解,但要在这些解中找出一组正整数解(x 和y 指代的是钞票的张数),绝非一件容易的事情。这就是用代数方法来解这类“不确定方程”的原因。古代著名的数学家刁藩都首先把这种方法引入到代数中,所以这类方程叫作“刁藩都方程”。
我们以上面的题为例,讲解一下该怎么解这种方程。
解:我们知道x、y 都是正整数,要求的是方程:
2x-5y=19
中x 和y 的值。
我们求解系数较小的那个未知数,得到:
2x=19+5y
由此得出:
因为x、y 和9 都是整数,只有也是整数时,上面的等式才成立。假设,那么等式将变成:
x=9+2y+t
也就是说:
2t=1+y,y=2t-1
在方程中,用t 表示y,得到:
x=9+2(2t-1)+t=7+5t
现在,我们讨论下面的两个式子:
很明显,只要t 是整数,x 和y 就一定是整数。我们知道x 和y 是正整数,也就是大于0,所以
解不等式得:
既然t 是整数,那么,它可能的值是:
t=1、2、3、4、…
与此相对应,x 和y 可能的取值是:
x=5t+7=12、17、22、27、…
y=2t-1=1、3、5、7、…(www.daowen.com)
现在,我们就知道要如何付钱了。
你可以给售货员12 张2 卢布的钞票,他会找给你1 张5 卢布的钞票:
2×12-5=19
你也可以给售货员17 张2 卢布的钞票,他会找给你3 张5 卢布的钞票:
2×17-3×5=19
等等。
从理论上来看,这道题的解有无数组,但实际上并非如此。因为顾客和售货员持有钞票的数量是有限的,当两个人的钞票张数少于15 张时,只能采用第一种付款方式,即顾客使用12 张2 卢布的钞票,售货员找给顾客1 张5 卢布的钞票。由此可知,不确定方程中只有几组解符合实际情况。
我们看上道题的变形,希望读者亲自动手求解一下,当作是练习。如果顾客手中的钞票都是5 卢布的,售货员手中的钞票是2 卢布的,应该怎么付费呢?结果是下面一系列的解:
x=5、7、9、11、…
y=3、8、13、18、…
事实证明是对的:
5×5-2×3=19
5×7-2×8=19
5×9-2×13=19
……
我们还可以使用代数方法,从这道题的母题中入手,找出这些解。支付5卢布的钞票就等于找回负的5 卢布的钞票,找回2 卢布的钞票就相当于支付负的2 卢布的钞票,因此,这道题依然可以用母题的方程求解:
2x-5y=19
条件是x 和y 的值都是负数。
由等式
得出:
解不等式得到:
当t 的值是-2、-3、-4 时,相应的x 和y 的值是:
第一组解的意思是,顾客支付了负3 张2 卢布的钞票,找回了负5 张5 卢布的钞票;也就是说,顾客支付了5 张5 卢布的钞票,售货员找给顾客3 张2卢布的钞票。其他的解可以按照同样的方法解读。
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