干支纪年中的数学(上)

时间:2024-10-14 13:19:37

1、我们从一个MBA考题谈起。

干支纪年中的数学(上)

2、 从题干的描述中,我们对古代干支纪年有了初步了解,先抛开选项不税荠秆拘谈,你能发现干支纪年中“隐藏”着哪些数学问题吗?首先最基本的问题当然是,按当今国际通用的纪年,比如今年是公元2018年,对应的干支纪年是什么?也就是二者之间相互转化的问题。另外,我们还可以思考,干支纪年的周期(题目中已经说明周期为60年)如何计算?还有,是不是任意一个“天干”和“地支”搭配在一起都是一个合理的年份(正如题目中的B选项)?本文利用数学知识探讨这些问题,我们从最容易回答的问题开始,即如何计算干支纪年的周期?

3、 为了方便用数学方法讨论问题,我们先分别为“十干”和“十二支”编号,如下表:(继续读下去自会明白为什么从0开始编号。)

干支纪年中的数学(上)

4、 从题干中我们了解到,在干支纪年中,某一年之后的下一年,“天干”和“地支”同时依表格中的顺序向后“移动一格”,若已位于最后一格时,则移动后返回“第一格”。由于“天干”和“地支”的数量不等,导致干支纪年的周期显然既不是10也不是12,那周期应该是多少呢,这就是我们求助数学的时候了。

5、 想象有两种不同尺寸的长条状积木,长度分别为10cm和12cm,现在分别取尺寸不同的积木各一块,把它们并排放置,并使它们的左端对齐,然后在每一行首尾相接地放置相同尺寸的积木若干块,问二者各最少放置多少块后,它们的右端对齐?解决这个问题最直接的方法就是画图,如下图,可以看出当第一行放置6块10cm的积木,第二行放置5块12cm的积木时,它们的右端首次对齐,这时每一行的总长度都是60cm。

干支纪年中的数学(上)

6、 你看出这就是干支纪年周期问题的“积木版本”了吗?由此我们也“证明”了干支纪年的周期为60年。但我们还想知道,干支纪年的“总周期60”是怎样依赖于10和12这两个“分周期”的呢?这个问题你只要再仔细观察上图,并回忆起小学数学“约数与倍数”的知识,就能发现60其实就是10和12的最小公倍数!

7、 下面我们来分析第二个问题,即题目B选项所述:甲丑年存在吗?首咸犴孜稍先我们看到,10天干对12地支,如果任意天干和地支都可以搭配,则根据排列组合的知参萝治璃识,这样的搭配共有种(因为每一个天干都有12种选择,利用乘法原理即可)。如果这任意的搭配都是合理的,则存在120个不同的年份,而我们刚才已证明干支纪年的周期为60年,所以这显然是不可能的。我们由此得出结论,干支纪年中的“天干”和“地支”是不能随意搭配的。下表给出了全部60个“合理”的组合:

干支纪年中的数学(上)

8、 我们从表格中“数值化”的干支纪年来考虑,显然每过一年,天干和地婧旱恐笆支的数值各加1(先不考虑循环)。对于这类涉及整数的问题,我们常用的技巧之一是“调查奇偶性”,天斡溆弹察干与地支数值同时加1,这意味着每过一年,天干和地支数值的奇偶性都必定同时改变(奇变偶,偶变奇)。我们发现当发生循环时,此规律仍然成立,例如地支由亥变到子,数值由11变为0,奇偶性仍然改变(0是偶数!)。再观察到“初始年份”是甲子年,这时的天干和地支数值都是偶数,那么下一年就一定都是奇数,以此类推,我们得到一个新结论:任何年份的天干和地支的数值都具有相同的奇偶性!

9、 前面我们分析得出了天干和地支的任意搭配有120种,这120种里显然天干和地支的数值奇偶性不一定相同,而且准确的说,是恰好有一半相同一半不同,而我们现在又知道了,合理的干支纪年要求奇偶性相同,故“实际存在”的年份应该是120的一半,正好是60,即干支纪年的周期! 现在题目B选项的错误就是显然的了,“甲丑年”对应的天干地支数值分别为0和1,奇偶性不同,所以不存在甲丑年。

干支纪年中的数学(上)
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