嘿,你还记得小学那会儿吗?老师冷不丁地抛出个问题:“小朋友们,有没有哪个数,它自己加自己,结果正好等于自己乘自己?” 当时脑子嗡一下,好像整个数学世界都凝固了。你可能会试着掰手指头,1加1等于2,1乘1等于1,不对。3加3等于6,3乘3等于9,也不对。感觉这问题是不是有点儿无解?或者只有那么寥寥几个孤零零的特例?今天咱就聊聊这个看似简单,实则藏着点儿意思的小问题——几加几等于几乘几。
这事儿,说白了就是找符合条件的一对数字。咱们先把这个问题“翻译”成更数学一点的语言:假设有两个数,咱们叫它们 a 和 b 吧。那问题就变成了寻找满足 a + b = a * b 的 a 和 b。
首先,最容易蹦出来的答案是啥?你想想,那个让加法和乘法结果一样的神奇数字是哪个?当然是 2 了!你看,2加2等于4,2乘2也等于4。 Bingo!第一个解找到了:a=2,b=2。这对双胞胎数字完美符合要求。2加2等于2乘2,这简直是刻在好多人脑子里的“标准答案”。
可数学好玩儿就玩儿在它不只满足于一个答案。难道除了2和2,就没有别的可能了吗?咱得深挖一下那个式子:a + b = ab。怎么才能找到其他的a和b呢?
咱们把这个式子稍微“折腾”一下。目的是想看看能不能把a和b隔离开或者找出它们之间的关系。把所有的项都挪到一边去试试?比如都搬到右边:ab – a – b = 0。
看到这里,你有没有觉得眼熟?或者觉得差了点啥?这个形式有点像乘法展开后的一部分,但又缺了点东西。 如果我们能把它变成两个因式相乘的形式,就好办了。ab – a – b = 0… 嗯… 缺了啥?仔细看 ab – a – b,如果旁边有个 “+1” 呢? (a-1)(b-1) 展开是啥? 是 ab – a – b + 1。 对,就差个 “+1″!
那咱们两边同时加上1不就行了?等式两边一起加1,等式还是成立的。
所以,从 ab – a – b = 0 变成了 ab – a – b + 1 = 1。
左边这个 ab – a – b + 1,正好可以因式分解成 (a – 1) * (b – 1)。
这下好了,我们的问题 a + b = ab 华丽转身,变成了一个新的、看起来更简洁的问题:(a – 1) * (b – 1) = 1。
这下思路清晰多了!两个数相乘等于1。如果咱们只考虑整数解(通常小学问这个问题的时候,默认是整数),那两个相乘得1的整数只有两种可能:
第一种可能: 第一个数是1,第二个数也是1。 也就是说,a – 1 = 1 并且 b – 1 = 1。
从 a – 1 = 1 解出来,a = 1 + 1 = 2。
从 b – 1 = 1 解出来,b = 1 + 1 = 2。
看,这又回到了咱们一开始找到的那个答案:a=2,b=2。2加2等于2乘2,经典永流传。
第二种可能: 第一个数是-1,第二个数也是-1。 也就是说,a – 1 = -1 并且 b – 1 = -1。
从 a – 1 = -1 解出来,a = -1 + 1 = 0。
从 b – 1 = -1 解出来,b = -1 + 1 = 0。
哎呀,新的解出现了!a=0,b=0。咱们来验算一下:0加0等于0,0乘0也等于0。 没错!0加0等于0乘0,这是另一个同样符合条件的整数解!
所以,对于“几加几等于几乘几”这个整数解的问题,其实只有两对符合条件的数(考虑到a和b可以互换,其实是两个唯一的组合):2和2,以及0和0。
但故事到这就结束了吗?别忘了咱们是从 (a – 1) * (b – 1) = 1 这个式子推导出来的。如果咱们不局限于整数呢?如果a和b可以是任何实数呢?
那情况就完全不一样了!任何两个不等于0的实数,只要它们互为倒数,乘起来就等于1。
比如,a – 1 可以等于 2,那 b – 1 就得等于 1/2。 这样 (a-1)(b-1) = 2 * (1/2) = 1。
如果 a – 1 = 2,那么 a = 2 + 1 = 3。
如果 b – 1 = 1/2,那么 b = 1/2 + 1 = 3/2。
来验证一下这对数:a=3,b=3/2。
a + b = 3 + 3/2 = 6/2 + 3/2 = 9/2。
a * b = 3 * (3/2) = 9/2。
你看,等号又成立了!3加3/2等于3乘3/2。
这意味着什么?意味着只要 a 不等于 1,咱们就可以从 (a – 1) * (b – 1) = 1 里解出 b 来: b – 1 = 1 / (a – 1)。 然后 b = 1 + 1 / (a – 1)。
所以,只要你随便给我一个不等于1的数 a,我就能算出一个对应的 b = 1 + 1 / (a – 1),这对 (a, b) 就能满足 a + b = ab。
比如,a=4。那 b = 1 + 1 / (4 – 1) = 1 + 1/3 = 4/3。
验证:4 + 4/3 = 12/3 + 4/3 = 16/3。 4 * 4/3 = 16/3。 对!
再比如,a=0.5。 那 b = 1 + 1 / (0.5 – 1) = 1 + 1 / (-0.5) = 1 – 2 = -1。
验证:0.5 + (-1) = -0.5。 0.5 * (-1) = -0.5。 又对了!
所以,如果把视野从整数扩展到实数,除了那个a或b等于1的情况(如果a=1,原方程变成 1 + b = 1b,也就是 1 + b = b,解出来 1 = 0,这是不可能的,所以a和b都不能等于1),符合 几加几等于几乘几* 的数对是无穷无尽的!它们像星辰一样多,只要满足 b = 1 + 1 / (a - 1)
这个关系就行。
你看,一个小小的问题,从小学时那个掰手指头的困惑,到找出 2加2等于2乘2 和 0加0等于0乘0 这两个整数解,再到用一点点代数手段发现背后藏着 (a-1)(b-1)=1 这个更简洁的秘密,最终揭示出在实数范围内竟然有无限多组解。 这过程是不是挺迷人的?它告诉我,别小看任何一个问题,哪怕它看起来简单得不得了,深挖下去,总能找到更广阔、更有趣的世界。数学的魅力,有时候就藏在这些不起眼的小角落里,等着你去发现,去品味。下次再听到 几加几等于几乘几,你可就不只是知道2和0了,你看到了它背后那条联结a和b的曲线,那条 b = 1 + 1/(a-1) 的曲线,上面每一点(a,b)都是一个解,除了a=1的那条竖直线上的点。是不是挺酷的?