韩信点兵什么意思,求“韩信点兵”的同余解法
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韩信点兵，多多益善
我国汉代有位大将,名叫韩信.他每次集合部队,只要求部下先后按l～3、1～5、1～7报数,然后再报告一下各队每次报数的余数,他就知道到了多少人.他的这种巧妙算法,人们称为鬼谷算,也叫隔墙算,或称为韩信点兵,外国人还称它为“中国剩余定理”.到了明代,数学家程大位用诗歌概括了这一算法
韩信点兵
韩信点兵又称为中国剩余定理,相传汉高祖刘邦问大将军韩信统御兵士多少,韩信答说,每3人一列余1人、5人一列余2人、7人一列余4人、13人一列余6人…….刘邦茫然而不知其数.
我们先考虑下列的问题：假设兵不满一万,每5人一列、9人一列、13人一列、17人一列都剩3人,则兵有多少?
首先我们先求5、9、13、17之最小公倍数9945（注：因为5、9、13、17为两两互质的整数,故其最小公倍数为这些数的积）,然後再加3,得9948（人）.
中国有一本数学古书「孙子算经」也有类似的问题：「今有物,不知其数,三三数之,剩二,五五数之,剩三,七七数之,剩二,问物几何?」
答曰：「二十三」
术曰：「三三数之剩二,置一百四十,五五数之剩三,置六十三,七七数之剩二,置三十,并之,得二百三十三,以二百一十减之,即得.凡三三数之剩一,则置七十,五五数之剩一,则置二十一,七七数之剩一,则置十五,即得.」
孙子算经的作者及确实着作年代均不可考,不过根据考证,着作年代不会在晋朝之後,以这个考证来说上面这种问题的解法,中国人发现得比西方早,所以这个问题的推广及其解法,被称为中国剩余定理.中国剩余定理（Chinese Remainder Theorem）在近代抽象代数学中占有一席非常重要的地位.
网友回答
x≡
1（mod3)
2（mod5)
4（mod7)
6（mod13)
解:以下用==表示同余号≡.
并以向量形式描述上题,即
x==(1,2,4,6) mod (3,5,7,13)
先求得
x1==(1,0,0,0) mod (3,5,7,13)
x2==(0,1,0,0) mod (3,5,7,13)
x3==(0,0,1,0) mod (3,5,7,13)
x4==(0,0,0,1) mod (3,5,7,13)
再进行线性叠加,即得解:
x=x1+2x2+4x3+6x4. mod lcm(3,5,7,13)
此处lcm表示最小公倍数,也用中括号代替,记成[3,5,7,13]
对于两两互质的数,其lcm就是它们的积.
注:
1:我们可以看到,完全可以用矩阵论\线性代数理论来处理同余问题;
2:x1,x2,x3,x4并列,构成单位矩阵;
3:x可以表示成两个向量的内积(点积,标积,数量积), 即x=(1,2,4,6)·(x1,x2,x3,x4)
4: 以上就是中国剩余定理的本质性描述.插值法中的拉格朗日插值,也是这样的原理.
5:这种方案,x1,x2,x3,x4的计算是同步并行的.
6:类以牛顿插值,还可以使用以下过程:
x1=(1,1,1,1) mod (3,5,7,13)
x2=(0,1,1,1) mod (3,5,7,13)
x3=(0,0,2,2) mod (3,5,7,13)
x4=(0,0,0,2) mod (3,5,7,13)
再取x=x1+x2+x3+x4.
也就是:
x1=1
x2=(0,1) mod (3, (5,7,13))
x3=(0,2) mod ((3,5), {7,13))
x4==(0,2) mod ((3,5,7), 13)
其矩阵形式是一个上三角矩阵.
7: 中国剩余定理使用了单位向量.事实上,为便于计算,可以不必使用单位向量.
过程如下:
x1==(1,0,0,0) mod (3,5,7,13)
x2==(0,2,0,0) mod (3,5,7,13)
x3==(0,0,4,0) mod (3,5,7,13)
x4==(0,0,0,6) mod (3,5,7,13)
再取x=x1+x2+x3+x4.
在下面的过程中,会看到此种方式对计算的简化.因此,这是对中国剩余定理的计算过程的一种简单的改进,也有助于我们打破对中国剩余定理的迷信,进一步认识到其本质.
8:洪伯阳同余表示:
ax==b mod m, 记成 x=b/a mod m
并且,可以将 b/a作为带分数处理; 可以将b/a 同时乘除一个与m 互质的数而保持同解; 可以将b,a替换为它关于模m的同余类中的任一个等价元.即b'==b mod m, 可以用b'取代b而同余式保持同解.
可以在上式用使用比例的性质.
9: 为直观,我常用|||取代同余号mod.
x==
1 ||| 3
2 ||| 5
4 ||| 7
6 ||| 13
基于注释7和8, 同余式的解可以如下表示,
==
{$$$
(5*7*13) * [1/(5*7*13) mod 3]+
(3*7*13) * [ 2/(3*7*13) mod 5]+
(3*5*13) * [4/(3*5*13) mod 7]+
(3*5*7) * [ 6/(3*5*7) mod 13]
$$$}
==进而,对上面的过程,我有以下的简化改进记法,称为模积表示法,用以解同余式.
1/(5*7*13) @ 3
2/(3*7*13) @ 5
4/(3*5*13) @ 7
6/(3*5*7) @ 13
==(开始使用洪伯阳表示的性质,并将乘号改动为逗号简化书写,改为逗号不是必须的,我在草稿纸常这样写 )
1/(-1,1,1) @ 3
2/(21==1,-2) @5
4/(15==1,13==-1)@7
6/(105==1) @13
==
-1 @ 3
-1 @5
-4 @7
6 @ 13
==
[注意体会模积表示; 注意上面各式是对称的,位置与计算次序可以任意;注意任一行,@符号前的内容可以关于@后的模取代为同余类的任意等价元]
-8==
7 @15
-4 @ 7
6 @ 13
==
49-60 @ 15*7==
-11 @ 105
6 @ 13
==630-143 MOD 13*105
== 487 mod 1365
以上过程,在了解了中国剩余定理的本质和改进方案.熟悉了洪伯阳表示及何冬州模积表示之后,
能结合心算或简化中间过程,快速计算出同余式组的解.
注意到各式的对称性,即无先后之分,用多种过程来计算与验证,曾经是我在2005年初发现这种方法时的一种乐趣.
利用洪伯阳表示的性质,进行笔算求幂余和解大模的同余式,也很方便.
这种过程我曾考虑过自动编程方案,仍在思考之中.
外一则:
对于同余号 mod m, 可以认为它与一个可平移到等式两端任意同阶的项上的一个代数和项: ±mk.
以此破除对同余概念的迷惑.同余式与不定方程式是完全等效的.
相关内容, 请搜索:
wsktuuytyh 同余新概念
关于一次不定方程的简化解法,请搜索
不定方程解法 wsktuuytyh