华罗庚六年级上册奥数第七讲

发布 2023-02-11 07:01:28 阅读 6300

应用同余解题。

在五年级我们已初步学习了同余的有关知识.同余在解答竞赛题中有着广泛的应用.在这一讲中,我们将深入理解同余的概念和性质,悟出它的一些运用技巧和方法.

例1 a除以5余1,b除以5余4,如果3a>b,那么3a-b除以5余几?

分析与余数有关的问题考虑用同余式可以使解题简便.

解:∵a≡1(mod5),∴3a≡3(mod 5),或者3a≡8(mod 5).(1)

又∵ b≡4(mod 5),(2)

∴(1)-(2)得:

3a-b≡8-4≡4(mod 5).

因此,3a-b除以5余4.

例2 若a为自然数,证明10│(a1985-a1949).

分析如果换一种方式表达,所要证明的即是要证a1985与a1949个位数字相同.用对于模10两数同余来解,可以使解题过程简化.

证明:∵a1985=a4×496+1≡a(mod 10),a1949=a4×497+1≡a(mod 10),∴a1985-a1949≡a-a≡0(mod 10).

即10│(a1985-a1949).

说明:这里用到一个事实:对于任何自然数a,a5与a的个位数字相同.

由能被整除的特征,得。

由(2)得 y≡2(mod 8)

因0≤y<9且y是整数。

∴y=2.把y=2代入(1)得。

x+6+7+9+2≡0(mod 9)

∴x≡3(mod 9).

由x是一位整数得:x=3.

∴所求五位数是36792.

分析 ①设 n÷9=商…r,那么9│(n-r),根据 n-r=商×9,以及n-r的个位数字,可推算出商的个位数字.

②抓住“一个整数与它的各位数字之和对于模9同余”这性质,可以很快的化大数为小数.

≡1919×20≡2×2≡4(mod 9),∴9│(n-4),即n-4=9×商,又∵n-4的个位数字是5,∴n被9除所得的商的个位数字是5.

例5 设2n+1是质数,证明:12,22,…,n2被2n+1除所得的余数各不相同.

分析这道题肯定不可能通过各数被2n+1除去求余数.那么我们可以考虑从反面入手,假设存在两个相同的余数的话,就会发生矛盾.而中间的推导是步步有根据的,所以发生矛盾的原因是假设不合理.从而说明假设不成立,因此原来的结论是正确的.

证明:假设有两个数a、b,(a≠b,设b 那么,由同余定义得a2-b2≡0(mod(2n+1)).

即(a+b)(a-b)≡0(mod(2n+1)),由于2n+1是质数.

∴a+b≡0(mod(2n+1))或a-b≡0(mod(2n+1)).

由于a+b,a-b均小于2n+1且大于零,可知,a+b与2n+1互质,a-b也与 2n+1互质.

即a+b与a-b都不能被2n+1整除.

产生矛盾,∴原题得证.

说明:这里用到一个重要的事实:如果a·b≡0(modp),p是质数,那么a或b中至少有一个模p为零.p是质数这一条件不能少,否则不能成。

问:a除以13所得余数是几?

解:用试除方法可知:13│191919.

∵1919×2=3838,而3│3837,即1919个“1919”有3838个“19”,三组三组取走“19”后还剩下一组.

∴a≡19(mod 13).

∴a≡6(mod 13).

即a除以13余数是6.

例7 求被3除余2,被5除余3,被7除余5的最小三位数.

解:设x为所求数,由题意。

(3)即x=7k+5(k是整数).代入(2)得。

7k+5≡3(mod 5),∴2k≡3(mod 5),2k≡8(mod 5).

∴ k≡4(mod 5),即 k=5m+4(m是整数).

∴x=7k+5=7(5m+4)+5=35m+33,上式代入(1)得:

35m+33≡2(mod 3),2m≡2(mod 3),∴m≡1(mod 3),即m=3t+1(t是整数).

∴x=35m+33=35(3t+1)+33=105t+68,当t=1时,x=173.

∴所求的最小三位数为 173.

例8 给出12个彼此不同的两位数,证明:由它们中一定可以选出两个数,它们的差是两个相同数字组成的两位数.

分析证这道题要考虑到以下三点.

①两位数的数码相同时,它一定能被11整除.

②遇到数是任意的,需排个序,这样讨论表述起来比较方便.

③用12个数中最大的数依次地分别减去其余11个数可得到11个差.若差中有相同数码组成的两位数,问题得证;若差中没有合条件的两位数,这时这11个(差)数各自除以11,所得余数只可能在{1,2,3,…,10}中,必有两个差数的余数相同,考虑用余数造抽屉解题.

证明:设12个两位数从小到大排列为:

10≤a1<a2<…<a11<a12≤99,用a12分别减去其余的数,得差:

b1=a12-a1,b2=a12-a2,…,b11=a12-a11.

①若上面11个差中有某个差bi能被11整除,即11│(a12-ai),那么已证出数a12与ai的差bi是两个相同数码组成的两位数.

②若这11个差均不能被11整除,则按不能被11整除的余数造10个抽屉,余数相同者归入同一抽屉,根据抽屉原理,11个差数中,一定存在两数bm、bn对于模11同余,即:bm-bn≡0(mod 11),即(a12-am)-(a12-an)≡0(mod 11),即an-am≡0(mod 11),即11│(an-am),即差an-am是一个由相同数码组成的两位数.综合(1)、(2)问题得证.

说明:这道题的证明用到了将数按被11除的余数分类的思想.

一般地,任何一个整数a被自然数n除,余数只可能是0,1,2,…,n-1这n种情况,这样我们可以利用余数将整数分为几类,如:整数按除以2余1还是0,分为奇数和偶数.

又如,整数除以3,余数只能是0,1,2这三种情况,我们可以把所有整数按除以3后的余数分三类,即 3k,3k+1,3k+2,(k是整数).

这种利用余数分类思想,是重要的数学思想方法,它可以使研究问题时搜索的范围大大缩小.

例9 试证不小于5的质数的平方与1的差必能被24整除.

证明:∵质数中仅有一个偶数2,∴不小于5的质数是奇数.

又不小于5的自然数按除以6所得的余数可分为6类:6n,6n+1,6n+2,6n+3,6n+4,6n+5,(n是自然数),其中6n,6n+2,6n+4都是偶数,又3│6n+3.

∴不小于5的质数只可能是6n+1,6n+5.

又自然数除以6余数是5的这类数换一记法是:6n-1,∴(不小于5的质数)2-1=(6n±1)2-1

=36n2±12n=12n(3n±1),这里n与(3n±1)奇偶性不同,其中定有一个偶数,∴2│n(3n±1),∴24│12n(3n±1).

∴结论成立.

说明:按同余类造抽屉是解竞赛题的常用方法.

例10 任给七个不同的整数,证明其中必有两个数,其和或差是10的倍数.

分析首先考虑什么样的两个整数的和或差可以被10整除.设两个整数a、 b,若a≡b(mod 10),则10│(a-b);若 a≡r(mod 10),而 b≡10-r(mod 10),则 10│(a+b),只有这两种情况.但是如果按整数除以10的余数造抽屉,就有十个抽屉,对于已知条件中给定的七个数无法应用抽屉原理,所以要考虑如何造六个抽屉.根据首先考虑的两个整数被10除的两种情况,可以把余数之和等于10的并成一类,这样分为:10k、 10k±1、 10k±2、 10kk±4、 10k±5六类,恰好构造六个抽屉,再应用抽屉原理可解此题.

证明:根据整数n≡r(mod 10)构造六个抽屉如下:

r=0的数;r=5的数;r=1或9的数;r=2或8的数;r=3或7的数;r=4或6的数.

这样任给定的七个整数按照除以10的余数r,放入六个抽屉中,必有一个抽屉中至少有两个数.这两数的和或差必是10的倍数.

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