韩信点兵的故事及数学知识,韩信点兵全文及注释

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-11 00:02:12

余数问题是一个重要的数学问题,是计算机密码学的基石之一。世界著名的数学家欧拉、高斯等人,都曾经研究过这个问题。欧拉重新发现了这个定理(欧拉定理),给出了证明并定义了欧拉函数。对正整数n,欧拉函数φ (n)是小于或等于n的正整数中与n互质的数的数目。此函数以其首名研究者欧拉命名,它又称为φ函数(由高斯所命名)或是欧拉总计函数(totient function,由西尔维斯特所命名)。例如φ(8)=4,因为1,3,5,7均和8互质。

在数论中,欧拉函数是最重要也是最基础的一个函数,这个函数的很多性质及其证明虽然基础,但也"烧脑",家里没有要搞奥数的牛娃,就不要折磨脑细胞,咱们背背诗轻松解决好了。

除了用于点兵,欧拉定理更是非对称加密(RSA)算法的核心。欧拉关于数论的大部分工作也是在柏林完成的,他的数论著作在他的《全集》中占了整整四大卷,占全部著作的40%,仅这四卷数论著作就足以使欧拉位列历史上最伟大的数学家之一。

韩信点兵的故事及数学知识,韩信点兵全文及注释(9)

普鲁士的腓特列大帝曾想组成这样一支仪仗队,仪仗队共有36名军官,来自6支部队,每支部队中,上校、中校、少校、上尉、中尉、少尉各一名。他希望这36名军官排成6×6的方阵,方阵的每一行,每一列的6名军官来自不同的部队并且军衔各不相同。

令他恼火的是,这些军官怎么绞尽脑汁也排不成。都说三个臭皮匠,赛过诸葛亮,但是在数学问题上,几千几万个臭皮匠都不顶用。没法,腓特列大帝只能向数学大牛牛欧拉求救。

欧拉先从最简单问题入手,当n=3 (即有3种部队、3种级别)的方阵,他很轻松排出来,然后是n=4,n=5. 都很轻松就解出,得出的方阵叫欧拉方阵(又叫做正交拉丁方阵)。但是当n=6 时,欧拉发现这是一个不可能完成的任务。

韩信点兵的故事及数学知识,韩信点兵全文及注释(10)

1782年,欧拉总结道:"我已经试验研究了很多次,我确信不可能作出两个六阶的,并且对于10、14,…以及奇数2倍的阶数都是不可能的。"欧拉认为:4n 2阶欧拉方阵不存在,这被后人称为"欧拉方阵猜想"。

在没有计算机的年代,欧拉方阵猜想的证明非常困难。一直到了1910年,一对兄弟俩,法国数学家加斯顿•塔里和赫伯特•塔里用了最笨的方法,(不知道他们哪里来的耐心),穷举出了全部六阶拉丁方,从而证实了n=6时欧拉猜想是正确的:n=6 时,仪仗队是一个不可能完成的任务。看到没? 最笨的方法也可以在数学史上留名啊,真是世上无难事,只怕有心人。(现在用计算机已经知道,除了n=2,6以外,其余的正交拉丁方阵都存在,而且有多种构造的方法。这个否定的结果是人们在180年的努力中未曾想到的。)

韩信点兵的故事及数学知识,韩信点兵全文及注释(11)

欧拉恒等式,欧拉常数,欧拉示性数等

欧拉方阵体现着数学的美:整齐、对称、有规律、简单、自然…,欧拉方阵在工农业生产,统计、组合设计、模拟、数值积分中均具有广泛的应用;另一方面,欧拉方阵在数学的发展中也有着重要的作用.但是,最要紧好玩。欧拉没料到,后人居然把欧拉方阵能玩出花来,成为一种从9-99岁的人都无法抗拒的经典数字游戏。欧拉方阵从瑞士起源,接着在日本推广,后来在英国发扬光大,最终风靡全世界,有了另一个简单好听的名字,数独。其实欧拉方阵就是没有宫的标准数独,而数独其实正是一种特殊的欧拉方阵。

2012 年,三位爱尔兰数学家证明了数独至少需要 17 个初始数字才有唯一解。他们的计算机花了 700 万小时的 CPU 时间才搞定了这道数独题。

可以说中国古代的先贤在这方面取得了丰硕的成果。"韩信点兵"问题只是一个例子,这样的问题有更加普遍和系统化的表示方法。而这个方法是我国为数不多的获得世界公认的古代数学成就之一。

上一页123末页

栏目热文

文档排行

本站推荐

Copyright © 2018 - 2021 www.yd166.com., All Rights Reserved.