雞兔同籠問題是一類重要的算術(shù)應(yīng)用題,在現(xiàn)代生活中隨處可見。通常在問題里既沒有兔,也沒有雞,更不會把雞和兔關(guān)進(jìn)同一個(gè)籠子。為什么把它叫做“雞兔同籠”呢?
這個(gè)名稱,是從古時(shí)候傳下來的。在中國古代數(shù)學(xué)書《孫子算經(jīng)》里,有這樣一個(gè)問題:
今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足。問雉、兔各幾何?
題目中的“雉”(讀成“zhì”),就是野雞。唐代文學(xué)家韓愈在他的文章《諱辨》里寫道,“[漢]諱呂后名雉為野雞。”漢高祖劉邦的妻子呂后的名字叫做“雉”,當(dāng)時(shí)人們忌諱提到皇后的名字,就把動物“雉”叫做野雞。
《孫子算經(jīng)》里這道題目的意思是說,現(xiàn)在有一些野雞和兔子,關(guān)在同一只籠子里,從上面看,共有35個(gè)頭;從下面看,共有94只腳。問有多少只野雞、多少只兔子。
這就是最早的雞兔同籠問題。解答這類問題,通常用置換法。
先暫時(shí)假定籠子里全是野雞,那么每個(gè)頭配2只腳,總數(shù)35個(gè)頭,共有70只腳。
實(shí)際上有94只腳,相差24只腳。
拿1只野雞換1只兔子,頭數(shù)不變,腳數(shù)加2。
要能補(bǔ)足24只腳,需要換進(jìn)12只兔子。
共有35只動物,除去12只兔子,還剩23只,都是野雞。
所以,籠中共有雉23只,兔12只。
以上解法的思路具有普遍性,適用于解答很多同類問題。不一定是雞和兔子,可以是任何兩樣不同的東西;不一定是頭數(shù)和腳數(shù),可以是另外兩種和,例如總的件數(shù)和總的價(jià)錢,等等。 在《孫子算經(jīng)》原書里,用了一種別致的簡便解法:
取腳數(shù)94的一半,得47;
用腳數(shù)之半47減去頭數(shù)35,得12,這就是兔子的只數(shù);
再拿頭數(shù)35減去兔子的只數(shù)12,得23,就是雉的只數(shù)。
答案完全正確。道理對不對呢? 設(shè)想籠子里所有野雞都提起一條腿,集體表演“金雞獨(dú)立”;所有兔子都提起兩條前腿,集體操練“站樁功”。
這時(shí),每個(gè)野雞著地的腳數(shù)是1,等于頭數(shù);每個(gè)兔子著地的腳數(shù)是2,等于頭數(shù)加1。
大家各拿自己減半的腳數(shù),減去自己的頭數(shù),所得的差,每個(gè)野雞為0,每個(gè)兔子為1。
把各自的差統(tǒng)統(tǒng)加起來,得到總腳數(shù)的一半與總頭數(shù)的差,一定等于兔子的只數(shù)。 由此可見,原書解法非常巧妙,不但適用于雞和兔,也適用于任何其他兩腳動物和四腳動物,例如仙鶴和烏龜,鴨子和老鼠,駝鳥和大象,等等。
《孫子算經(jīng)》是不是一位姓孫的人編寫的?誰也說不清楚,不知道這本書的作者是誰,只知道大約成書于公元400年前后。
早在1600年以前,中國就有了雞兔同籠這類有趣而又實(shí)用的題型,并且提出了腳數(shù)減半的巧妙解法,可見古代人也是很喜歡妙題巧解的。