我国最早提出不定方程问题,它是由“五家共井”引起的。在古代还没有自来水,几家合用一个水井是很常见的事。《九章算术》第八章第十三题就是“五家共井”的问题,用现代的话说就是:
五家共用一水井。井深比2条甲家绳长还多1条乙家绳长;比3条乙家绳长还多1条丙家绳长;比4条丙家绳长还多1条丁家绳长;比5条丁家绳长还多1条戊家绳长;比6条戊家绳长还多1条甲家绳长。如果各家都增加所差的另一条取水绳索,刚刚好取水。试问井深、取水绳长各多少?
虽然该问题是虚构的,但它是最早的一个不定方程问题。
用现代符号,可以设甲、乙、丙、丁、戊各家绳索长分别为x、y、z、u、v,井深为h。根据题意,可得
2x+y=h,
3y+z=h,
4z+u=h,
5u+v=h,
6v+x=h。
这是一个含有6个未知数和5个方程的方程组。未知数的个数多于方程个数的方程或方程组叫不定方程。用加减消元法可得
x=(265/721)h,y=(191/721)h,z=(148/721)h,
u=(129/721)h,v=(76/721)h。
给定h不同的数值,就可以得到x、y、z、u和v的各个不同的数值。只要再给定一些特定条件,就可得到确定的组解。原书中只给出一组解,是最小正整数解。
“五家共井”问题,曾引起世界上很多数学家的关注。在西方史书中,最早研究它的是希腊数学家丢番图,比我国迟了200多年。