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第15章 神机妙算

98765432÷8=?

这是小学生能做的题目,结果是:

98765432÷8=12345679

稍加观察,便可发现这个式子还很有点“规律性”。被除数与商数都是八位数,各位数目字都得连续数,前者从大到小,后者从小到大。商数中1,2,3,4,5,6,7,9,单单少个8,而除数正好是8。

这个“缺8数”有着有趣的性质,请看:

12345679×9=111111111

12345679×18=222222222

12345679×27=333333333

12345679×36=444444444

12345679×45=555555555

12345679×54=666666666

12345679×63=777777777

12345679×72=888888888

12345679×81=999999999

眼前这数字的海洋,波浪起伏,真是美不可言。对于一个观察和推理能力都不强的人来说,要从上式归纳出“缺8数”的性质来,可是件难事,我们从中可以悟出一个道理,善于观察和推理是通往神机妙算的桥梁。

计算等差数列之和,对于有初等代数知识的人来说,是最容易不过的事,大家知道,这有一个公式可利用:

1+2+3+4+……nn×(n+1)〖〗2

如果要从1加起,加到100,那么用100来代入上式中的n,可得总和为5050。

求等差数列和公式是由谁发现的?又是怎样发现的?恐怕不是每一个人都能说得出的。

求等差数列和公式是由古希腊数学家毕达哥拉斯建立的。他采用形象简便的图示办法,把许多小石头堆列成三角形数,如图1所示:为了得到原来三角形数的一般表达式,他把同一个三角形数倒转加到这原来的三角形数上,构成一个平行四边形,其中一个有n个小石子,另一个有n+1个小石子。如图2所示:

因而有下列等式:

2×(1+2+3+……+n)=n×(n+1)

1+2+3+……+n=n×(n+1)〖〗2

数学史上,还有一个相映成趣的故事:

100多年前,在德国某小学低年级的一个班里,有几个孩子发出了闹声,因此老师决定惩罚他们一下。放学后把几个孩子留下来罚做算术:从1加到100。正当别的孩子还在抓头挠耳时,一个孩子向窗外望了望,便交了卷。老师一看只好让他先走。第二天老师兴致勃勃地问他怎么这样快就找到了答案。孩子机敏地回答说:“我想这道题目一定有一个快做的好办法,我找到了一个。您知道,100加1是101,99加2也是101,这样一直加下去就有了50个101,也就是5050。”

这个孩子就是后来的大数学家高斯。

在二千多年前,毕达哥拉斯就建立等差数列公式,自然是值得千古称道的事情。高斯的独立发现也有着异曲同工之妙。对于一个年仅8岁的娃娃来说,这是一个了不起的惊人发现。他动脑筋的时间是如此之短,表明他的思维是何等的敏捷。小高斯还没有受到逻辑思维的训练,但是他已具备某些朴素的逻辑推理能力。尽管他当时没有说他运用了哪种推理形式,我们仍然可以根据推导过程加以整理。可列成下式:

1+100=101

2+99=101

3+98=101

4+97=101

50+51=101

这50对是从1加到100的全部,每一对都是101。

这是一个完全的归纳推理。形式逻辑的归纳推理,就是指从个别性前提推出全类一般性结论的推理。它分完全归纳推理和不完全归纳推理两种。完全归纳推理的前提是关于个别性知识的论断,而结论是关于一般性知识的论断。因此,使用完全归纳推理可得到概括性的结论。它既是一种发现方法,又是一种证明方法。

应用完全归纳推理要具备两条:一是必须确认所研究的那类对象的每一个对象,二是必须确认所概括的那一属性是该类每一对象都具有的。由于第一条的限制,完全归纳推理不适用于有大量分子或无穷分子所组成的类。因此,这种归纳推理有很大的局限性。由于完全归纳推理在前提中考察的是某类的全部对象,而不是某类的一部分对象,因此结论没有超出前提所断定的范围,也就是说,结论是必然得出的。

小高斯要计算的是有限的等差数列之和,适合使用完全归纳推理;毕达哥拉斯要计算的是任意大的等差数列之和,形式逻辑的完全归纳推理就失掉了威力。他所采用的图示方法实际上是运用了数学归纳法。毕达哥拉斯求得的是等差数列的一般公式,高斯解决的仅仅是一个实例,高低优劣自不待说。我们总不能去苛求小高斯吧。

下面我们附带介绍一种二位数减法的快速方法。例如,93减39等于几?如果按部就班地做减法,总得费点心计。我们可以用9减去3得6,再用6乘9得54。又如,求86减68的差,我们可以用8减6得2,用2乘9得18。上面两例有个共同特点,即两个二位数的个位数和十位数是正好相反的。求100以内的所有这类二位数的差,都可以用上述先做减法后做乘法的办法来求,虽然有两个步骤,但几乎可以应声而答。这种算法能被概括出来,也是完全归纳推理的应用。

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