這個假期,相信不少家長都帶著家裡的小朋友們去親近自然、回歸田野,自然也就免不了和各種各樣的動物打交道。其實在數學裡,也有形形色色和動物有關的問題,今天,木木老師就和大家一起去求解「雞兔同籠問題」,感受數學中的「動物魅力」。

雞和兔子都是大家很熟悉的家禽,所以,雞和兔子也難免會產生交集。在我國古代的《孫子算經》中,就描繪了這樣一個著名的「雞兔同籠問題」:「今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足。問雉兔各幾何。」用我們現代文翻譯,就是雞和兔子在同一個籠子裡,總共有35個頭,94條腿,那麼一共有多少雞和兔子?

我們先來分析一下,雞有一個頭,兩條腿,兔子也是一個頭,但是有四條腿,所以最後腿的數量既不是頭的兩倍,也不是頭的四倍,說明籠子裡既有雞,又有兔。
如果到了初中階段,我們可以很自然地想到用解方程的方法求解。假設有x只雞和y只兔子,那麼頭的數量就是x+y,腿的數量就是2x+4y,所以就可以得到下面的方程組:x+y=35,2x+4y=94。把x+y乘以2,得到2x+2y=70,然後就可以算出y=12,繼而解出x=23。所以,雞有23隻,兔子有12隻。

但在《孫子算經》裡,卻用了一種算術方法求解。用腿的數量的一半減去頭的數量,就得到了兔子的數量。算出來94/2=47,47-35=12,所以兔子有12隻。可以看到,這個解法相當於是解方程方法中的第二個式子除以2,再和第一個式子相減得到的結果。但是為什麼可以直接這麼求解呢?因為如果腿的總量除以2,相當於每隻雞看作只有一條腿,每隻兔子看作只有兩條腿,而雞和兔子的頭都只有一個,所以每多一隻兔子,就多一條腿,因為腿(除以2之後)減去頭的數量,就是兔子的數量。這種方法也被有趣地稱為「金雞獨立法」。

類似於第二種解法,我們還可以用假設法,即假設籠子裡都是雞或者都是兔子。我們以籠子裡都是兔子為例,如果有35隻兔子,那麼總共就有35*4=140條腿,和現在的94條腿相差了46條。然後我們分析雞和兔子,每隻雞比兔子要少兩條腿,所以現在相差46條,就應該有46/2=23隻雞,也得到了同樣的答案。

如果家裡的小朋友年齡還比較小,對於假設或者方程還不能完全理解,那麼我們還可以用最原始的窮舉法來求解,雖然比較耗時,但是也可以順便培養孩子的基礎計算能力。比如如果有1隻雞,那麼就有34隻兔子,總共就有2+136=138條腿,和94不相等,所以不對;如果有2隻雞,那麼就有33隻兔子,總共就有4+132=136條腿;依次類推,計算到23隻雞和12隻兔子的時候,總共就有46+48=94條腿,就可以得到答案了。

如果小朋友對於數字的變化比較敏感的話,就可以在窮舉法基礎上利用規律法進行求解。我們還是從一隻雞出發,計算腿的數量,就可以發現,1隻雞對應138條腿,2隻雞對應136條腿,3隻雞對應134條腿,所以每多一隻雞,就少兩條腿,用134-94=40,所以,再多20隻雞,腿就少到了94,加上現在的3隻,總共就得到23隻雞。

這就是數學的神奇之處,也同時反映了我們古代中國人民的智慧,能夠將數學問題和生活中常見的事物進行很好的結合。大家對於「雞兔同籠問題」還有什麼不一樣的解法嗎?或者還有沒有更加有趣的數學中的動物問題?歡迎給木木老師留言。