《《九章算术》》中的“竹九节”问题:现有一根99节的竹子,自上而下各节的容积成等差数列,上面44节的容积为3L3 L,下面的33节的容积为4L4 L,则该竹子最上面一节的容积为___L L.

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完整解法

1. 设出等差数列的首项与公差

设自上而下各节的容积组成的等差数列为 {an}\{a_n\},其首项(即最上面一节的容积)为 a1a_1,公差为 dd。

2. 根据题目条件列出关于首项和公差的方程组

根据题意,上面 44 节的容积为 3 L3\text{ L},可得:
S4=a1+a2+a3+a4=4a1+4×32d=4a1+6d=3①S_4 = a_1 + a_2 + a_3 + a_4 = 4a_1 + \dfrac{4 \times 3}{2}d = 4a_1 + 6d = 3 \quad \text{①}

下面 33 节(即第 7,8,97, 8, 9 节)的容积为 4 L4\text{ L},可得:
a7+a8+a9=3a1+21d=4②a_7 + a_8 + a_9 = 3a_1 + 21d = 4 \quad \text{②}

联立 ①② 得到方程组:
{4a1+6d=33a1+21d=4\begin{cases} 4a_1 + 6d = 3 \\ 3a_1 + 21d = 4 \end{cases}

3. 求解二元一次方程组求得首项的值

利用消元法求解方程组:
由 ① ×7\times 7 减去 ② ×2\times 2 得:
7(4a1+6d)−2(3a1+21d)=7×3−2×47(4a_1 + 6d) - 2(3a_1 + 21d) = 7 \times 3 - 2 \times 4
28a1−6a1=21−828a_1 - 6a_1 = 21 - 8
22a1=1322a_1 = 13
a1=1322a_1 = \dfrac{13}{22}

因此,该竹子最上面一节的容积为 1322\dfrac{13}{22} L。

答案

\dfrac{13}{22}

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