被诊断为学者症候群的周玮,在《最强大脑》上速算了3道复杂的数学题,一时间成为焦点。有人惊叹,有人怀疑,感兴趣和看热闹的人们都想瞧瞧这里面的究竟。周玮到底是用什么方法算出结果的?是靠死记硬背还是靠独特的大脑?这个问题,恐怕只有他本人才能够确定了。 本文想说明的是,普通人没有功能非同一般的大脑,不能自创别人看不懂的数学方法,其实也可以借助已经得到公认的数学方法和自己的努力,完成很复杂的计算。 最简单的题最需要心算能力 首先我们来看第一道题: 613(13次方)=? 这道题看起来最简单,但恰恰是3道题中最需要心算能力的。乘方的速算可以有很多不同的方法,最笨蛋的就是直接心算。 直接心算这个方法很笨拙,先计算62(2次方)得到36,再计算63(3次方)=36×6=216,接着计算64(4次方)=216×6=1296,以此类推,直到计算出613(13次方)为止。虽然笨,却直观。它更适合位数较少的幂计算,并且在幂底为个位数的时候,不断心算乘法对记忆存储数据要求较小。当幂底超过个位数时,这个方法就不太合适了。 因此,我们来介绍一个简单易上手的计算方法。 首先第一步,把613(13次方)拆开计算 613=((63)2)2(注:2是平方)×6 63是个口算级别的题,对数字敏感的人可以脱口而出216。于是题目接下来变为(2162)2(注:2是平方)×6 =? 计算2162比计算63(3次方)要稍微难一些,但也还算简单,利用(a+b)2(注:2是平方)=a的平方+2ab+b的平方可以把这个计算简化。 2162=(200+16)×(200+16) =40000+3200×2+256=46656 接下来是最困难的一步,是计算466562,进入五位数乘法的范畴,如果完全不靠纸笔记录,那需要你具有一定的数字记忆与存储能力。 首先还是利用公式进行拆分,拆分的原则是拆分出的有效位数尽可能接近,比如把46656拆分成4×104+6656就不太合适,更好的拆分方式是46×102+656。这样在之后的计算中会略微容易一些。 466562=(46000+656)×(46000+656)=462×1000000+656×46×2×1000+6562 这步也很直接,这里分别展示一下每个部分的速算方式 462=(45+1)×(45+1)=452+90+1 注意,(10x+5)2(注:2是平方)有一个非常好用的速算公式,我们把这个式子拆开看一下: (10x+5)2=x2×102+10x×5×2+52 = (x2+x)×102+52 = 100x(x+1)+25 记住这个公式,对速算很有帮助,之后我们也会反复利用这个公式来进行计算。 452=4×(4+1)×100+25=2025 462=2025+91=2116 第二部分的速算方法,是不断地在计算过程中拆出10的幂次数,具体过程如下(这并不是唯一的方法,也许你有更熟悉的方法来加快计算): 656×46×2=656×92 =656×(100-10+2)=65600-6560+1312=60000-960+1312=60000+312+40=60352 最后计算6562(注:2是平方),同样利用刚刚介绍的公式: 6562= (650+6)2 = 6502+650×6×2+36 = (6×(6+1)×100+25)×100+1300×6+36=422500+7800+36=430336 得到这几部分的值之后,继续计算加法就可以得到: 466562(注:2是平方)=2116000000+60352000+430336=2176782336 最后一步没什么很特别的方法,还是直接心算比较方便: 2176782336×6=13060694016 看起来过程很多很繁琐对不对,但是其实当中的奥义只有两条: 反复对复杂的数字进行以0结尾或者以5结尾的拆分; 利用各类公式来简化计算。 需要注意的是,速算方法并没有最优一说,挑选自己记得住的与擅长的计算方式,才是最好的。上述方法是计算精确值的,如果只是估计个大概,那又会简单得多。 lg(6)=lg(2)+lg(3)=0.301+0.477=0.778 lg(6)×13=0.778×13=10.1 计算1010.1约等于1010=10000000000 这个误差为30%,不过数量级上是准确的。如果需要更加准确的估算,则是计算1010.1=1010×100.1,假如你恰好记得100.1=1.26 ,那最后的估算值就是12600000000。误差一下子缩小为3.5%,已经算比较准确的估算了。 如果你对对数不太熟悉的话,还有另一种估算法。首先,我们把63近似为200,然后重复上面的步骤: (63)2(注:2是平方)=4 0000 ((63)2)2(注:2是平方)=16 0000 0000 6×((63)2)2(注:2是平方)=96 0000 0000≈100 0000 0000 在需要计算数量级的时候,这个精度是够的。 在进行这种大数计算的时候,可以使用科学计数法的e代替末尾的一系列0。比如,最后一行可以读成96e8≈1e10。事实上,这可以看作是对对数的一种应用,但是在脑子里计算的时候会简单很多。 如果对这个精度无法接受或想要确认误差的话,可以从误差来源判断:主要的误差来源于把216近似成200的时候带来了+8% 的误差,然后这个+8%的误差被平方了两次,所以误差变成了8%×4=32%。因此进行误差修正后,就会得到1.32×1010的结果。你大可以对最后一步,把96近似成100带来的4%误差,也纳入考虑,那样就会得到1.28×1010的结果。无论是哪种结果,和准确值的实际误差都是2%左右。 看似吓人的开高次方,其实没有那么可怕 再来看第二道题: 实际上,对于一个普通人,不使用计算器的情况下,完全以手动方式求一个很大数字开n次方根,并不需要高深的数学,只需要依靠加减乘除和一些简单的对数计算法则就可以。 依然以周玮的这道题为例,首先 1391237759766345数字太大,不妨近似一下: 根据10<13.9<24,可以估算出lg(13.9)介于1到1.2之间。 所以13.9的14次方根的对数值,应该是比0.1小一些(实际上是在0.07-0.08左右)。于是,的对数,就应该比1.1小一些。 如果利用之前写过的100.1≈1.26,可以得到<101.1≈12.6。准确的值肯定小于这个数字。 |