今日,小雨和小明来到网络中心,继续与刘老师讨论“数的认识”问题。
刘老师说:“还有一种‘埃及分数’需要认识。这是一类分裂分数的思维题,对思维能力的训练很有价值。”
小明说:“有意思,愿洗耳恭听。”
刘老师说:“真分数的分子为1,称埃及分数。将一个分子为1的真分数分解为两个或两个以上分子为1的真分数之和,称埃及分数的分解。
首先我们看一下将1/2,1/3,1/4,1/5,1/6,1/7,1/8,作埃及分数分解,即一个埃及分数变为两个埃及分数之和的结果。
从以上七个数的分解,我们想到两个问题:通解公式是什么?可分出几组?
其实这里使用的知识是分解质因数。1/C分解,为了保持分子为1,显然需要使用约数。方法是分子分母上下同乘(m
+ n)。
若能让m/C(m+n)和n/C(m+n)为埃及分数,显然m,n应是C的约数才有可能性。因此,通解公式是:
这里m,n是C的约数。
可组合的组数是:
1.
C有两个约数时:为两组。一组是(m=1,n=1)。一组是(m=1,n=C)。
2.
C有三个约数(设为1,T,C)时:为三组。一组是(m=1,n=1)。一组是(m=1,n=T)。一组是(m=1,n=C)。
3.
C有四个约数(设为1,T,S,C)时:为五组。一组是(m=1,n=1)。一组是(m=1,n=T)。一组是(m=1,n=S)。一组是(m=1,n=C)。一组是(m=T,n=S)。”
小雨说:“刘老师,请您先说的具体一些。”
刘老师说:“好,我先举一个例子:两个真分数的和可以是个真分数,而且这三个分数的分母谁也不是谁的约数。”
小明说:“还不明白如何作。”
刘老师说:“首先想到此题是埃及分数分解。为了使分解后的三个分母互质。显然,所选的C至少要有四个约数。在四个约数当中,除掉1和本身C之外的两个约数作m,n才有可能使C,C(m+n)/m和C(m+n)/n互质。因此,C的最少选择是6,m
= 2,n = 3。可选1/6 = 1/10 + 1/15。”
小雨说:“有点开窍了,请您作个题,我试试。”
刘老师说:“四个不同的真分数的分子都是1,它们的分母有两个是奇数,两个是偶数。而且两个分母是奇数的分数之和与两个分母是偶数的分数之和相等。这样的奇数和偶数很多,小英希望这样的两个偶数之和尽量地小,那么这样的两个偶数之和最小可能是几?”
小雨想了想说:“设X,Y为偶数,S,T为奇数。所求结果为1/X + 1/Y = 1/S
+ 1/T。也就是:1/X – 1/S = 1/T –
1/Y。我们按埃及分数分解,且使1/X分解的末项与1/S分解的首项一致而消掉。从而出现1/T
–
1/Y的形式,即是所求答案。为了寻求最小的偶数之和,我们从2,3开始试起:从而我们找到答案为:1/5
+ 1/15 = 1/6 + 1/10。显然,最小两个偶数和为6 + 10 = 16。
刘老师说:“作的好。而用几个自然数组成倒数和为1的类型题目,是埃及分数的一个重要应用。例如:用20以内(包括20)的五个自然数组成倒数和为1。”
小明说:“我能解这个题。”
刘老师说:“你作作看。”
小明说:“我们可以利用公式:《1/n = 1/(n+1) +
1/n(n+1)》来作。
小雨接着说:“我们还可以利用公式:《1/C = m/C(m+n) +
n/C(m+n)》来作。
刘老师说:“你们注意到没有,你们两人作的都对,而结论可能不止一个。另外,这个题还可以利用裂项法来作。
以上这三种解法,我们还可以缩小自然数范围命题,即“用15以内的五个自然数组成倒数和为1。”
小明说:“逆向思维,我们还可以扩大自然数组成数命题,比如:用20以内(包括20)的六个自然数组成倒数和为1。”
刘老师说:“很好,此题你如何作?”
小明说:“我们已经知道,用20以内(包括20)的五个自然数组成倒数和为1的式子是:1
= 1/2 + 1/5 + 1/6 + 1/12 + 1/20。再将1/6拆成1/10 + 1/15,有1 = 1/2
+ 1/5 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。”
小雨说:“如果是用20以内(包括20)的七个自然数组成倒数和为1呢?”
小明说:“照方开药,我们已经知道,用20以内(包括20)的六个自然数组成倒数和为1的式子是:1
= 1/2 + 1/5 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。再将1/2拆成1/3 + 1/6,有1
= 1/3 + 1/5 + 1/6 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。”
小明接着又说:“小雨,你不要只让我作,你也作一个:用20以内(包括20)的八个自然数组成倒数和为1。”
小雨说:“按你说的思路,接着作下去就是了。我们已经知道,用20以内(包括20)的七个自然数组成倒数和为1的式子是:1
= 1/3 + 1/5 + 1/6 + 1/10 + 1/12 + 1/15 + 1/20。再将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。”
刘老师说:“你们不要在作下去了,将无穷尽。在N个自然数组成倒数和为1中,已知一部分自然数,求另一部分自然数,是难度较大的一类题目。”
小雨说:“愿闻。”
刘老师说:“有9个分数的和为1,它们的分子都是1。其中的5个是1/3,1/7,1/9,1/11,1/33,其余4个数的分母个位数都是5,请写出这4个分数。”
小雨说:“没有思路。”
刘老师说:“我们可以设: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。显然,当X =
1时,1/5X = 1/5。得1/Y + 1/Z + 1/U = 317/693。试:Y = 3,1/5Y =
1/15。有1/Z + 1/U = 86/693。对693分解质因数为3×3×7×11。因为9 +
77 = 86,所以将693分解为9×77。
因此,Z = 9,U = 77。1/5Z = 1/45,1/5U =
1/385。所以,所求的四个分数是1/5,1/15,1/45,1/385。”
小明说:“您讲了这么多有关数的问题,请您出一些练习题,我们回去作作。”
刘老师说:“可以。”
刘老师出的练习题是:
1.下面每个字母分别代表不同的数字,而且E×E=H。请你写出以下算式:
D B J
N D R E E
+ S E N D
C H E E R
2. 三位自然数N的个位数是4,且N = abc – cba 。求:N?
3. 若7×abcxyz =
6×xyzabc。其中x、y、z、a、b、c为不重复的阿拉伯数字。求:六位数abcxyz?
4. 求:
5.有四个学生,他们的年龄是四个连续自然数。这四个数相乘等于3024,这四个学生中最大的年龄是多少?
6. 四个连续自然数的倒数和与36、45的倒数和为1。求此四数。
7.把1997分成几个自然数的和,再求出这些数的乘积。要使得到的乘积尽可能大,则这时乘积的所有不同质因数的和是多少?
8.有一个93人的旅游团,其中男的有47人,女的有46人,住到某一旅馆里。旅馆里有可住11人、7人、4人的三种房间,经过服务员的安排,这个旅游团的男女分住在不同的房间里,而且每个房间都按原定人数住满了旅游团的人,服务员最少动用了多少个房间。