今日,小雨和小明來到網絡中心,繼續與劉老師討論“數的認識”問題。
劉老師說:“還有一種‘埃及分數’需要認識。這是一類分裂分數的思維題,對思維能力的訓練很有價值。”
小明說:“有意思,愿洗耳恭聽。”
劉老師說:“真分數的分子為1,稱埃及分數。將一個分子為1的真分數分解為兩個或兩個以上分子為1的真分數之和,稱埃及分數的分解。
首先我們看一下將1/2,1/3,1/4,1/5,1/6,1/7,1/8,作埃及分數分解,即一個埃及分數變為兩個埃及分數之和的結果。
從以上七個數的分解,我們想到兩個問題:通解公式是什么?可分出幾組?
其實這里使用的知識是分解質因數。1/C分解,為了保持分子為1,顯然需要使用約數。方法是分子分母上下同乘(m
+ n)。
若能讓m/C(m+n)和n/C(m+n)為埃及分數,顯然m,n應是C的約數才有可能性。因此,通解公式是:
這里m,n是C的約數。
可組合的組數是:
1.
C有兩個約數時:為兩組。一組是(m=1,n=1)。一組是(m=1,n=C)。
2.
C有三個約數(設為1,T,C)時:為三組。一組是(m=1,n=1)。一組是(m=1,n=T)。一組是(m=1,n=C)。
3.
C有四個約數(設為1,T,S,C)時:為五組。一組是(m=1,n=1)。一組是(m=1,n=T)。一組是(m=1,n=S)。一組是(m=1,n=C)。一組是(m=T,n=S)。”
小雨說:“劉老師,請您先說的具體一些。”
劉老師說:“好,我先舉一個例子:兩個真分數的和可以是個真分數,而且這三個分數的分母誰也不是誰的約數。”
小明說:“還不明白如何作。”
劉老師說:“首先想到此題是埃及分數分解。為了使分解后的三個分母互質。顯然,所選的C至少要有四個約數。在四個約數當中,除掉1和本身C之外的兩個約數作m,n才有可能使C,C(m+n)/m和C(m+n)/n互質。因此,C的最少選擇是6,m
= 2,n = 3。可選1/6 = 1/10 + 1/15。”
小雨說:“有點開竅了,請您作個題,我試試。”
劉老師說:“四個不同的真分數的分子都是1,它們的分母有兩個是奇數,兩個是偶數。而且兩個分母是奇數的分數之和與兩個分母是偶數的分數之和相等。這樣的奇數和偶數很多,小英希望這樣的兩個偶數之和盡量地小,那么這樣的兩個偶數之和最小可能是幾?”
小雨想了想說:“設X,Y為偶數,S,T為奇數。所求結果為1/X + 1/Y = 1/S
+ 1/T。也就是:1/X – 1/S = 1/T –
1/Y。我們按埃及分數分解,且使1/X分解的末項與1/S分解的首項一致而消掉。從而出現1/T
–
1/Y的形式,即是所求答案。為了尋求最小的偶數之和,我們從2,3開始試起:從而我們找到答案為:1/5
+ 1/15 = 1/6 + 1/10。顯然,最小兩個偶數和為6 + 10 = 16。
劉老師說:“作的好。而用幾個自然數組成倒數和為1的類型題目,是埃及分數的一個重要應用。例如:用20以內(包括20)的五個自然數組成倒數和為1。”
小明說:“我能解這個題。”
劉老師說:“你作作看。”
小明說:“我們可以利用公式:《1/n = 1/(n+1) +
1/n(n+1)》來作。
小雨接著說:“我們還可以利用公式:《1/C = m/C(m+n) +
n/C(m+n)》來作。
劉老師說:“你們注意到沒有,你們兩人作的都對,而結論可能不止一個。另外,這個題還可以利用裂項法來作。
以上這三種解法,我們還可以縮小自然數范圍命題,即“用15以內的五個自然數組成倒數和為1。”
小明說:“逆向思維,我們還可以擴大自然數組成數命題,比如:用20以內(包括20)的六個自然數組成倒數和為1。”
劉老師說:“很好,此題你如何作?”
小明說:“我們已經知道,用20以內(包括20)的五個自然數組成倒數和為1的式子是:1
= 1/2 + 1/5 + 1/6 + 1/12 + 1/20。再將1/6拆成1/10 + 1/15,有1 = 1/2
+ 1/5 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。”
小雨說:“如果是用20以內(包括20)的七個自然數組成倒數和為1呢?”
小明說:“照方開藥,我們已經知道,用20以內(包括20)的六個自然數組成倒數和為1的式子是:1
= 1/2 + 1/5 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。再將1/2拆成1/3 + 1/6,有1
= 1/3 + 1/5 + 1/6 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。”
小明接著又說:“小雨,你不要只讓我作,你也作一個:用20以內(包括20)的八個自然數組成倒數和為1。”
小雨說:“按你說的思路,接著作下去就是了。我們已經知道,用20以內(包括20)的七個自然數組成倒數和為1的式子是:1
= 1/3 + 1/5 + 1/6 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。再將1/6拆成1/9 +
1/18,有1 = 1/3 + 1/5 + 1/9 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/18 +
1/20。”
劉老師說:“你們不要在作下去了,將無窮盡。在N個自然數組成倒數和為1中,已知一部分自然數,求另一部分自然數,是難度較大的一類題目。”
小雨說:“愿聞。”
劉老師說:“有9個分數的和為1,它們的分子都是1。其中的5個是1/3,1/7,1/9,1/11,1/33,其余4個數的分母個位數都是5,請寫出這4個分數。”
小雨說:“沒有思路。”
劉老師說:“我們可以設:1 = 1/3 + 1/7 + 1/9 + 1/11 + 1/33 + 1/5X +
1/5Y + 1/5Z + 1/5U ,有1/X + 1/Y + 1/Z + 1/U = 5(1 – 1/3 – 1/7
– 1/9 – 1/11 – 1/33)= 1010/693 = 1 + 317/693。顯然,當X =
1時,1/5X = 1/5。得1/Y + 1/Z + 1/U = 317/693。試:Y = 3,1/5Y =
1/15。有1/Z + 1/U = 86/693。對693分解質因數為3×3×7×11。因為9 +
77 = 86,所以將693分解為9×77。
因此,Z = 9,U = 77。1/5Z = 1/45,1/5U =
1/385。所以,所求的四個分數是1/5,1/15,1/45,1/385。”
小明說:“您講了這么多有關數的問題,請您出一些練習題,我們回去作作。”
劉老師說:“可以。”
劉老師出的練習題是:
1.下面每個字母分別代表不同的數字,而且E×E=H。請你寫出以下算式:
D B J
N D R E E
+ S E N D
C H E E R
2. 三位自然數N的個位數是4,且N = abc – cba 。求:N?
3. 若7×abcxyz =
6×xyzabc。其中x、y、z、a、b、c為不重復的阿拉伯數字。求:六位數abcxyz?
4. 求:
5.有四個學生,他們的年齡是四個連續自然數。這四個數相乘等于3024,這四個學生中最大的年齡是多少?
6. 四個連續自然數的倒數和與36、45的倒數和為1。求此四數。
7.把1997分成幾個自然數的和,再求出這些數的乘積。要使得到的乘積盡可能大,則這時乘積的所有不同質因數的和是多少?
8.有一個93人的旅游團,其中男的有47人,女的有46人,住到某一旅館里。旅館里有可住11人、7人、4人的三種房間,經過服務員的安排,這個旅游團的男女分住在不同的房間里,而且每個房間都按原定人數住滿了旅游團的人,服務員最少動用了多少個房間。