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南北朝时期,有一个叫张丘建的神童,他擅长解决数学难题。宰相为了考验张丘建,出了一道题:用100文钱买100只鸡,必须有公鸡、母鸡、小鸡。当时的价格是:公鸡5文钱一只,母鸡3文钱一只,小鸡3只1文钱。这就是著名的百鸡问题。
现在我们把这个问题用数学语言来表达。设公鸡x只,母鸡y只,小鸡z只。根据题目条件,我们可以建立两个约束方程:第一个是数量约束,x加y加z等于100;第二个是价格约束,5倍x加3倍y加z除以3等于100。这样就把古代的百鸡问题转化为了现代的数学方程组。
现在我们来验证张丘建给出的两个答案。第一个解是4只公鸡、18只母鸡、78只小鸡。验证数量:4加18加78等于100,正确。验证价格:5乘4加3乘18加78除以3,等于20加54加26,总共100文,正确。第二个解是8只公鸡、11只母鸡、81只小鸡。同样验证后发现也完全正确。这说明百鸡问题不止一个解。
百鸡术的核心思想是发现了一个巧妙的等价变换。7只母鸡需要21文钱,而4只公鸡加3只小鸡也恰好需要21文钱,并且鸡的总数都是7只。这意味着我们可以用4只公鸡和3只小鸡来替换7只母鸡,总数量和总价格都保持不变。基于这个发现,只要有一个解,就能通过这种变换找到其他解。
基于百鸡术的思想,我们可以推导出通解公式。以第一个解4、18、78为基础,设变换次数为t,得到通解:公鸡数等于4加4t,母鸡数等于18减7t,小鸡数等于78加3t。由于所有鸡数都必须为非负整数,t的取值范围是0到2。因此百鸡问题总共有3个解:当t等于0时是4、18、78;当t等于1时是8、11、81;当t等于2时是12、4、84。这就是百鸡问题的完整解答。