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自然数的有关性质

自然数的有关性质

一、知识要点

1、最大公约数

定义1 如果a1,a2,…,an和d都是正整数,且d∣a1,d∣a2,…,d∣an,那么d叫做a1,a2,…,an的公约数。

公约数中最大的叫做a1,a2,…,an的最大公约数,记作(a1,a2,…,an).

如对于4、8、12这一组数,显然1、2、4都是它们的公约数,但4是这些公约数中最大的,所以4是它们的最大公约数,记作(4,8,12)=4.

2、最小公倍数

定义2 如果a1,a2,…,an和m都是正整数,且a1∣m,a2∣m,…,an∣m,那么m叫做a1,a2,…,an的公倍数。

公倍数中最小的数叫做a1,a2,…,an的最小公倍数,记作[a1,a2,…,an].

如对于4、8、12这一组数,显然24、48、96都是它们的公倍数,但24是这些公倍数中最小的,所以24是它们的最小公倍数,记作[4,8,12]=24.

3、最大公约数和最小公倍数的性质

性质1若a∣b,则(a,b)=a.

性质2若(a,b)=d,且n为正整数,则(na,nb)=nd.

性质3若n∣a,n∣b,则

.

性质4若a=bq+r(0≤r

性质4实质上是求最大公约数的一种方法,这种方法叫做辗转相除法。

性质5若b∣a,则[a,b]=a.

性质6若[a,b]=m,且n为正整数,则[na,nb]=nm.

性质7若n∣a,n∣b,则

.

 4、数的整除性

定义3 对于整数a和不为零的整数b,如果存在整数q,使得a=bq成立,则就称b整除a或a被b整除,记作b∣a,若b∣a,我们也称a是b倍数;若b不能整除a,记作ba

5、数的整除性的性质

性质1若a∣b,b∣c,则a∣c

性质2若c∣a,c∣b,则c∣(a±b)

性质3若b∣a,n为整数,则b∣na

6、同余

定义4设m是大于1的整数,如果整数a,b的差被m整除,我们就说a,b关于模m同余,记作a≡b(modm)

7、同余的性质

性质1如果a≡b(modm),c≡d(modm),

那么a±c≡b±d(modm),ac≡bd(modm)

性质2如果a≡b(modm),那么对任意整数k

有ka≡kb(modm)

性质3如果a≡b(modm),那么对任意正整数k

有ak≡bk(modm)

性质4如果a≡b(modm),d是a,b的公约数,

那么

二、例题精讲

例1设m和n为大于0的整数,且3m+2n=225.如果m和n的最大公约数为15,求m+n的值(第11届“希望杯”初一试题)

解:

(1)因为(m,n)=15,故可设m=15a,n=15b,且(a,b)=1

因为3m+2n=225,所以3a+2b=15

因为a,b是正整数,所以可得a=1,b=6或a=b=3,但(a,b)=1,所以a=1,b=6

从而m+n=15(a+b)=157=105

评注:

1、遇到这类问题常设m=15a,n=15b,且(a,b)=1,这样可把问题转化为两个互质数的求值问题。

这是一种常用方法。

2、思考一下,如果将m和n的最大公约数为15,改成m和n的最小公倍数为45,问题如何解决?

例2 有若干苹果,两个一堆多一个,3个一堆多一个,4个一堆多一个,5个一堆多一个,6个一堆多一个,问这堆苹果最少有多少个?

分析:

将问题转化为最小公倍数来解决。

解 设这堆苹果最少有x个,依题意得

 

由此可见,x-1是2,3,4,5,6的最小公倍数

因为 [2,3,4,5,6]=60,所以x-1=60,即x=61

答:

这堆苹果最少有61个。

例3 自然数a1,a2,a3,…,a9,a10的和1001等于,设d为a1,a2,a3,…,a9,a10的最大公约数,试求d的最大值。

解 由于d为a1,a2,a3,…,a9,a10的最大公约数,所以和a1+a2+a3+…+a9+a10=1001能被d整除,即d是1001=7

11

13的约数。

因为dak,所以ak≥d,k=1,2,3,…,10  

从而1001=a1+a2+a3+…+a9+a10≥10d

所以 

 由d能整除1001得,d仅可能取值1,7,11,13,77,91。

因为1001能写成10个数的和:

91+91+91+91+91+91+91+91+91+182

其中每一个数都能被91整除,所以d能达到最大值91

例4某商场向顾客发放9999张购物券,每张购物券上印有四位数码,从0001到9999号,如果号码的前两位之和等于后前两位之和,则这张购物券为幸运券,如号码0734,因0+7=3+4,所以这个号码的购物券为幸运券。

证明:

这个商场所发购物券中,所有幸运券的号码之和能被101整除。

(第7届初中“祖冲之杯”数学邀请赛试题)

证明:

显然,9999的购物券为幸运券,除这张外,若号码为n的购物券为幸运券,则号码为m=9999-n的购物券也为幸运券。

由于9999是奇数,所以m,n的奇偶性不同,即m≠n,由于m+n=9999,相加时不出现进位。

就是说,除号码为9999的幸运券外,其余所有的幸运券可两两配对,且每对号码之和为9999,从而可知所有的幸运券的号码之和为9999的倍数。

由101∣9999,所以所有幸运券的号码之和能被101整除。

评注:

本题是通过将数两两配对的方法来解决。

例5在1,2,3,…,1995这1995个数中,找出所有满足条件的数来:

(1995+a)能整除1995

a(第五届华杯赛决赛试题)

分析:

分子、分母都含有a,对a的讨论带来不便,因此可以将

化成

,这样只有分母中含有a,就容易对a进行讨论。

因为(1995+a)能整除1995

a,所以

是整数,从而

是整数

因为1995

1995=32

52

72

192,所以它的因数1995+a可以通过检验的方法定出。

注意到1≤a≤1995,所以1995<1995+a≤3990

如果1995+a不被19整除,那么它的值只能是以下两种:

3

52

72=3675,32

5

72=2205

如果1995+a能被19整除,但不被192整除,那么它的值只能是以下两种:

3

72

19=2793,52

7

19=3325

如果1995+a能被192整除,那么它的值只能是以下两种:

7

192=2527,32

192=3249

于是满足条件的a有6个,即从上面6个值中分别减去1995,得到

1680、210、798、1330、532、1254

评注:

本题通过对

的适当变形,便于对a的讨论。

讨论时通过将1995

1995分解质因数,然后将因数1995+a通过检验的方法定出。

这种方法在解决数的整除问题中经常使用。

例611+22+33+44+55+66+77+88+99除以3的余数是几?

为什么?

(第四届华杯赛复赛试题)

解显然11≡1(mod3),33≡0(mod3),66≡0(mod3),99≡0(mod3)

又22=4≡1(mod3),44≡14≡1(mod3),55≡25≡(-1)5≡(-1)(mod3),

77≡17≡1(mod3),88≡(-1)8≡1(mod3)

∴11+22+33+44+55+66+77+88+99≡1+1+0+1-1+0+1+1+0≡4≡1(mod3)

即所求余数是1

评注:

用同余式求余数非常方便。

例7已知:

,问a除以13,所得余数是几?

(第三届华杯赛决赛试题)

分析:

将a用十进制表示成

,1991除以13,所得余数是显然的,主要研究

除以13的余数规律。

mod13,103≡(-3)3=-27≡-1,

1+104+108≡1-10+102=91≡0,1991≡2

∴a≡

=-18≡8,即a除以13,所得余数是8

 

例8n是正偶数,a1,a2,…,an除以n,所得的余数互不相同b1,b2,…,bn除以n,所得的余数也互不相同。

证a1+b1,a2+b2,…,an+bn除以n,所得的余数必有相同的。

证明∵n是正偶数,所以n-1为奇数,

不是n的倍数,

∵a1,a2,…,an除以n,所得的余数互不相同,所以这n个余数恰好是0,1,…,n-1.从而a1+a2+…+an≡0+1+…+(n-1)=

0(modn)

同样b1+b2+…+bn≡

0(modn)

但(a1+b1)+(a2+b2)+…+(an+bn)=(a1+a2+…+an)+(b1+b2+…+bn)≡

≡0(modn)

所以a1+b1,a2+b2,…,an+bn除以n,所得的余数必有相同的。

例9十进制中,44444444的数字和为A,A的数字和为B,B的数字和为C,求C

分析:

由于10≡1(mod9),所以对整数a0,a1,a2,…,an有

它表明十进制中,一个数与它的各位数字和模9同余。

根据上述结论有C≡B≡A≡44444444(mod9).所以只要估计出C的大小,就不难确定C

解:

4444≡7(mod9),而73≡(-2)3=-8≡1(mod9),

所以44444444≡74444=731481+1≡7(mod9),

所以C≡B≡A≡44444444≡7(mod9),

另一方面,44444444<(105)4444=1022220,所以44444444的位数不多于22220从而A<922220=199980,即A至多是6位数。

所以B<96=54在1到53的整数中,数字和最大的是49,所以C≤4+9=13在小于13的自然数中,只有7模9同余于7,所以C=7

评注:

本题用了十进制中,一个数与它的各位数字和模9同余这个结论。

根据这个结论逐步估计出C的大小,然后定出C。

三、巩固练习

选择题

1、两个二位数,它们的最大公约数是8,最小公倍数是96,这两个数的和是(A)

A、56B、78C、84D、96

2、三角形的三边长a、b、c均为整数,且a、b、c的最小公倍数为60,a、b的最大 公约数是4,b、c的最大公约数是3,则a+b+c的最小值是(B)

 A、30B、31C、32D、33

3、在自然数1,2,3,…,100中,能被2整除但不能被3整除的数的个数是(B)

A、33B、34C、35D、37

4、任意改变七位数7175624的末四位数字的顺序得到的所有七位数中,能被3整除的数的个数是(D)

A、24B、12C、6D、0

5、若正整数a和1995对于模6同余,则a的值可以是(C)

A、25B、26C、27D、28

6、设n为自然数,若19n+14≡10n+3(mod83),则n的最小值是(B)

A、4B、8C、16D、32

填空题

7、自然数n被3除余2,被4除余3,被5除余4,则n的最小值是59

8、满足[x,y]=6,[y,z]=15的正整数组(x,y,z)共有2组

9、一个四位数能被9整除,去掉末位数后得到的三位数是4的倍数,则这样的四位数中最大的一个,它的末位数是

10、有一个11位数,从左到右,前k位数能被k整除(k=1,2,3,…,11),这样的最小11位数是

11、设n为自然数,则32n+8被8除的余数是

12、14+24+34+44+…+19944+19954的末位数是

解答题

13、求两个自然数,它们的和是667,它们的最小公倍数除以最大公约数所得的商是120。

14、已知两个数的和是40,它们的最大公约数与最小公倍数的和是56,求这两个数。

15、五位数

能被12整除,它的最末两位数字所成的数

能被6整除,求出这个五位数。

16、若a,b,c,d是互不相等的整数,且整数x满足等式(x-a)(x-b)(x-c)(x-d)=9

求证:

4∣(a+b+c+d)

17、一个数是5个2,3个3,2个5,1个7的连乘积,这个数当然有许多约数是两位数,这些两位约数中,最大的是多少?

18、求2400被11除,所得的余数。

19、证明31980+41981被5整除。

20、xi=1或-1(i=1,2,…,1990),证明

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