阿基米德群牛问题

王朝百科·作者佚名  2009-11-01
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问题的来历公元前3世纪下半叶古希腊科学家阿基米德在论着《群牛问题》中记载了本问题。原文用诗句写成.

阿基米德的论文向来是以命题的形式来表达的,而这篇的体例不同,它是用诗句写成的.标题是给埃拉托塞尼的信.胡尔奇(Hultsch)曾猜想这是阿基米德“显本领”(tour de force)之作,以此向亚历山大的学者们(特别是阿波罗尼奥斯)挑战.但它的真实性颇值得怀疑,“群牛问题”大概很早以前就已存在,阿基米德只是重新研究而已.诗句也未必出自他的手.

问题的叙述诗的大意是:西西里岛草原上有一大群牛,公牛和母牛各有4种颜色。设W、X、Y、Z分别表示白、黑、黄、花色的公牛数, w、x、y、z分别表示这白、黑、黄、花色的母牛数。

要求有

W=(1/2+1/3)X +Y,

X=(1/4+1/5)Z+Y,

Z=(1/6+1/7)W+Y,

w=(1/3+ 1/4)(X+x),

x=(1/4+1/5)(Z+z),

z=(1/5+1/6)(Y +y),

y=(1/6+1/7)(W+w),

(W+X)为一个正方形(数),

(Y+Z )为一个三角数(即形如m(m+1)/2的数,m为正整数)。

求各种颜色牛的数目。

倒数第二个条件中的正方形数有两种解释:

一种是W+X=mn,因为要挤成一个正方形,还需要考虑身长与体宽的比,故右端不是任意两个正整数之积mn而是kn^2(k是常数,称为「较简问题」

另一种为W+ X=n^2(完全平方数),即长与宽上牛的数目相等,称为「完全问题」。

问题的解决“较简问题”已由Jul.Fr.武尔姆(Wurm)解决.“完全问题”在1880年为阿姆托尔(Amthor)所解决.

即使较简问题,牛的总数也已达到5916837175686头之多!

而完全问题导致2元2次方程: t^2-4729494u^2=1.

最小解牛的总数是7 .766×10^206544,位数超过20万!当时阿基米德未必解得出来.

而即使没有最后两个条件,群牛问题的最小正数解也达几百万到上千万。故它的叙述自然与实际不符——西西里岛再大也装不下这么多牛的。但历史上对这问题的研究丰富了初等数论的内容。

 
 
 
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