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文檔簡介
帶余除法。
普通地,如果.α是整數(shù),b是整數(shù)(b≠0),那么一定有另外兩個整數(shù)q和r,
使得α÷b=q……r
或α=b×q+r
當(dāng)r=0時,我們稱α能被b整除。
當(dāng)r≠0時,我們稱α不能被b整除,r為α除以b的余數(shù),q為α除以b的不完全商(也簡稱為商)。
帶余除法最核心就是理清被除數(shù)、除數(shù)、商、余數(shù)的關(guān)系,特別需要注意的是,余數(shù)必定不大于除數(shù)。出題者經(jīng)常會在這里設(shè)立陷阱。
㈡余數(shù)周期。
這其中又分為遞推數(shù)列(給一串?dāng)?shù),規(guī)定第χ個數(shù)除以某個數(shù)的余數(shù))和n次冪(求一種數(shù)的n次方除以某個數(shù)的余數(shù))有關(guān)的余數(shù)問題,解決這兩類問題一種最直接的做法就是找規(guī)律,由于它們除以某數(shù)的余數(shù)都是有周期的。例如,求3130÷13的余數(shù)。例如尖子班作業(yè)1。㈢同余問題。
1、什么是“同余”?
整數(shù)α和b除以整數(shù)c,得到的余數(shù)相似,我們就說整數(shù)α、b對于模c同余。
記作:α≡b(modc)
例如:15÷4=3……3
23÷4=5……3
15和23對于除數(shù)4同余。
記作:15≡23(mod4)
能夠理解為15和23除以4的余數(shù)相似。
2、“同余”的四個慣用性質(zhì)是什么?
同余性質(zhì)1:如果α≡b(modm),
則m︱(α-b)
若兩數(shù)同余,他們的差必是除數(shù)的倍數(shù)。
例如,73≡23(mod10)
則10︱(73-23)73與23的差是10的倍數(shù)。
同余性質(zhì)2:如果α≡b(modm),
c≡d(modm),
則α±c≡b±d(modm)
兩數(shù)和的余數(shù)等于余數(shù)的和。
兩數(shù)差的余數(shù)等于余數(shù)的差。
例如,73≡3(mod10)
84≡4(mod10)
73+84≡3+4≡7(mod10)
84-73≡4-3≡1(mod10)
同余性質(zhì)3:如果α≡b(模m),
c≡d(模m),
則α×c≡b×d(模m)
兩數(shù)積的余數(shù)等于余數(shù)的積。
例如,73≡3(模10)
84≡4(模10)
73×84≡3×4≡2(模10)
同余性質(zhì)4:如果α≡b(模m)
則αn
≡bn
(模m)
某數(shù)乘方的余數(shù),等于余數(shù)的乘方。
例如,40≡1(mod13)
4031≡131≡1(mod13)
諸多人分不清同余問題和“物不知其數(shù)”問題的區(qū)別。舉個例子:“一種自然數(shù)除429、791、500所得的余數(shù)分別是a+5、2a、a,求這個自然數(shù)和a的值?!边@是同余問題,已知被除數(shù)和余數(shù),求除數(shù)。這種問題就是想方法把余數(shù)都化為相似的數(shù),然后兩兩做差求最大公約數(shù),就是“物不知其數(shù)”問題。
4、“物不知其數(shù)”。
與同余問題相對應(yīng)的是“物不知其數(shù)”,例如:“一種數(shù)除以3余2,除以5余3,除以7余2,求這個數(shù)?!边@種問題有兩個萬能辦法:逐級滿足和中國剩余定理。但是考試往往不考這兩個辦法,這兩個辦法往往也比較繁瑣??荚囶}里不妨去研究研究題中給的除數(shù)和對應(yīng)的余數(shù)的關(guān)系(和或差),若他們的和或差相似,那么就有簡樸的解題辦法(即所謂“加同補(bǔ)”、“減同余”),實在沒有,再考慮逐級滿足和中國剩余定理。
我們在解決“物不知其數(shù)”題目,就是把余數(shù)問題轉(zhuǎn)化為“整除問題”:
中國剩余定理
韓信是漢高祖劉邦手下的大將,他英勇善戰(zhàn),智謀超群,為漢朝的建立了卓絕的功績。據(jù)說韓信的數(shù)學(xué)水平也非常高超,他在點兵的時候,為了保住軍事機(jī)密,不讓敵人懂得自己部隊的實力,先令士兵從1至3報數(shù),然后記下最后一種士兵所報之?dāng)?shù);再令士兵從1至5報數(shù),也記下最后一種士兵所報之?dāng)?shù);最后令士兵從1至7報數(shù),又記下最后一種士兵所報之?dāng)?shù);這樣,他很快就算出了自己部隊士兵的總?cè)藬?shù),而敵人則始終無法搞清他的部隊終究有多少名士兵。
這個故事中所說的韓信點兵的計算辦法,就是現(xiàn)在被稱為“中國剩余定理”的一次同余式解法。它是中國古代數(shù)學(xué)家的一項重大發(fā)明,在世界數(shù)學(xué)史上含有重要的地位。
我國古代數(shù)學(xué)名著《孫子算經(jīng)》有這樣一道題:今有物不知其數(shù),三三數(shù)之,剩二;五五數(shù)之,剩三;七七數(shù)之,剩二。問物幾許?它的解法由明代數(shù)學(xué)家程大位用詩歌予以理解答:
三人同行七十稀,五樹梅花廿一枝,
七子團(tuán)圓月正半,除百零五便得知。
這種解法的意思是,把用3除所得的余數(shù)乘以70,加上用5除所得余數(shù)乘以21,再加上用7除所得余數(shù)乘以15,成果若比105大,就減去105的倍數(shù),便是所求得的數(shù),列成算式為:70×2+21×3+15×2=233,233—105×2=23。
這種辦法稱之為“中國剩余定理”。
余數(shù)問題,碰到這種同時被3個數(shù)除時,好多同窗都不懂得如何入手,這里給出了一種非常好的解決辦法!
例1:有兵一隊,若1至3報數(shù),最后一人報數(shù)為2;若1至5報數(shù),最后一種報數(shù)為3;若1至7報數(shù),最后一人報數(shù)為4.這一隊士兵最少有多少人?
解法一:這道題翻譯成數(shù)學(xué)語言就是,一種數(shù)除以3余2,除以5余3,除以7余4,求適合條件的最小自然數(shù)。
設(shè)士兵有x人,可用同余式表達(dá)為:
x≡2(mod3),x≡3(mod5),x≡4(mod7)。
可用“枚舉法”:
由于x≡2(mod3),因此x可能等于2、5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35、38、41、44、47、50、53、56……
又由于x≡3(mod5),因此x可能等于3、8、13、18、23、28、33、38、43、48、53、58……
又由于x≡4(mod7),因此x可能等于4、11、18、25、32、39、46、53、60……
同時出現(xiàn)在上述三個數(shù)列中的第一種數(shù)是53,因此符合條件的最小自然數(shù)是53.
解法二:從上面看到同時滿足三個條件的數(shù)最早出現(xiàn)在第三列,可先考慮被7除余4的數(shù)從小到大為4、11、18、25……其中第一種滿足被5除余3的數(shù)是18,給18加上5與7的最小公倍數(shù)35的0倍,1倍,2倍,3倍……,得數(shù)列18、53、88,……這個數(shù)列的每一種數(shù)都滿足被7除余4,被5除余3,其中滿足被3除余2的第一種數(shù)是53,也就是這隊士兵最少53人。
此辦法仍為“枚舉法”,但較解法一的辦法更靈活、簡捷。
解法三:可運用“中國剩余定理”的辦法來做。
[5,7]=35,35≡2(mod3)因此35符合被3除余2,且整除5與7.
[3,7]=21,21≡1(mod5),21×3≡3(mod5)因此21×3符合被5除余3,且整除3與7.
[3,5]=15,15≡1(mod7),15×4≡4(mod7),因此15×4符合被7除余4,且整除3與5.
將它們相加得:35+21×3+15×4=158,可知158滿足被3除余2,被5除余3,被7除余4的數(shù).
[3,5,7]=105,158÷105=1……53,因此53是符合條件的最小數(shù),即這隊士兵最少53人。
總結(jié):“中國剩余定理”的做法就是先找到其中兩個除數(shù)的公倍數(shù)且滿足另外一種除數(shù)的條件,這樣共能找出三個數(shù),將它們相加,再減去三個除數(shù)的公倍數(shù),直到不能減,得到的就是滿足條件的最小的數(shù)(或者用所得數(shù)除以最小公倍數(shù),余數(shù)即為規(guī)定的最小數(shù))。
例2:某數(shù)除以5余3,除以6余2,除以7余4,這個數(shù)最小是多少?
分析:運用“中國剩余定理”辦法
第一步:先求出6與7的最小公倍數(shù)42,42≡2(mod5),42×3≡2×3(mod5)≡1(mod5),42×3×3≡3(mod5);
第二步求出5與7的最小公倍數(shù)35,35≡5(mod6),35×5≡5×5(mod6)≡1(mod6),35×5×2≡2(mod6);
第三步求出5與6的最小公倍數(shù)30,30≡2(mod7),30×2≡4(mod7)。
第四步將前三步所得的三個數(shù)相加,再除以5、6、7的最小公倍數(shù)210,余數(shù)就是所求的最小數(shù)。
42×3×3+35×5×2+30×2=788,788÷210=3……158
因此這個最小數(shù)是158。
解:由于[6,7]=42,且42≡2(mod5),42×3≡1(mod5),
42×3×3≡3(mod5);
[5,7]=35,且35≡5(mod6),35×5≡1(mod6),35×5×2≡2(mod6);
[5,6]=30,且30≡2(mod7),30×2≡4(mod7)
且42×3×3+35×5×2+30×2=788,
又由于[5,6,7]=210,而788=210×3+158
因此這個最小數(shù)是158。
余數(shù)有以下某些重要性質(zhì)(有些性質(zhì),小學(xué)大家就懂得了,嘻嘻)(a,b,c均為自然數(shù)):
(1)余數(shù)不大于除數(shù)。
(2)被除數(shù)=除數(shù)×商+余數(shù);
除數(shù)=(被除數(shù)-余數(shù))÷商;
商=(被除數(shù)-余數(shù))÷除數(shù)。
(3)如果a,b除以c的余數(shù)相似,那么a與b的差能被c整除。例如,17與11除以3的余數(shù)都是2,因此17-11能被3整除。
(4)a與b的和除以c的余數(shù),等于a,b分別除以c的余數(shù)之和(或這個和除以c的余數(shù))。例如,23,16除以5的余數(shù)分別是3和1,因此(23+16)除以5的余數(shù)等于3+1=4。注意:當(dāng)余數(shù)之和不不大于除數(shù)時,所求余數(shù)等于余數(shù)之和再除以c的余數(shù)。例如,23,19除以5的余數(shù)分別是3和4,因此(23+19)除以5的余數(shù)等于(3+4)除以5的余數(shù)。
(5)a與b的乘積除以c的余數(shù),等于a,b分別除以c的余數(shù)之積(或這個積除以c的余數(shù))。例如,23,16除以5的余數(shù)分別是3和1,因此(23×16)除以5的余數(shù)等于3×1=3。注意:當(dāng)余數(shù)之積不不大于除數(shù)時,所求余數(shù)等于余數(shù)之積再除以c的余數(shù)。例如,23,19除以5的余數(shù)分別是3和4,因此(23×19)除以5的余數(shù)等于(3×4)除以5的余數(shù)。
性質(zhì)(4)(5)都能夠推廣到多個自然數(shù)的情形。
例1、5122除以一種兩位數(shù)得到的余數(shù)是66,求這個兩位數(shù)。
分析與解:由性質(zhì)(2)知,除數(shù)×商=被除數(shù)-余數(shù)。
5122-66=5056,
5056應(yīng)是除數(shù)的整數(shù)倍。將5056分解質(zhì)因數(shù),得到
5056=26×79。
由性質(zhì)(1)知,除數(shù)應(yīng)不不大于66,再由除數(shù)是兩位數(shù),得到除數(shù)在67~99之間,符合題意的5056的約數(shù)只有79,因此這個兩位數(shù)是79。
例2、被除數(shù)、除數(shù)、商與余數(shù)之和是2143,已知商是33,余數(shù)是52,求被除數(shù)和除數(shù)。
解:由于被除數(shù)=除數(shù)×商+余數(shù)
=除數(shù)×33+52,
被除數(shù)=2143-除數(shù)-商-余數(shù)
=2143-除數(shù)-33-52
=2058-除數(shù),
因此除數(shù)×33+52=2058-除數(shù),
因此除數(shù)=(2058-52)÷34=59,
被除數(shù)=2058-59=1999。
答:被除數(shù)是1999,除數(shù)是59。
例3、甲、乙兩數(shù)的和是1088,甲數(shù)除以乙數(shù)商11余32,求甲、乙兩數(shù)。
解:由于甲=乙×11+32,
因此甲+乙=乙×11+32+乙=乙×12+32=1088,
因此乙=(1088-32)÷12=88,
甲=1088-乙=1000。
答:甲數(shù)是1000,乙數(shù)是88。
例4、有一種整數(shù),用它去除70,110,160得到的三個余數(shù)之和是50。求這個數(shù)。
分析與解:先由題目條件,求出這個數(shù)的大致范疇。由于50÷3=16……2,因此三個余數(shù)中最少有一種不不大于16,推知除數(shù)不不大于16。由三個余數(shù)之和是50知,除數(shù)不應(yīng)不不大于70,因此除數(shù)在17~70之間。
由題意知(7+110+160)-50=290應(yīng)能被這個數(shù)整除。將290分解質(zhì)因數(shù),得到290=2×5×29,290在17~70之間的約數(shù)有29和58。
由于110÷58=1……52>50,因此58不合題意。所求整數(shù)是29。
例5、求478×296×351除以17的余數(shù)。
分析與解:先求出乘積再求余數(shù),計算量較大。根據(jù)性質(zhì)(5),可先分別計算出各因數(shù)除以17的余數(shù),再求余數(shù)之積除以17的余數(shù)。
478,296,351除以17的余數(shù)分別為2,7和11,(2×7×11)÷17=9……1。
所求余數(shù)是1。
例6、甲、乙兩個代表團(tuán)乘車去參觀,每輛車可乘36人。兩代表團(tuán)坐滿若干輛車后,甲代表團(tuán)余下的11人與乙代表團(tuán)余下的組員正好又坐滿一輛車。參觀完,甲代表團(tuán)的每個組員與乙代表團(tuán)的每個組員兩兩合拍一張照片留念。如果每個膠卷可拍36張照片,那么拍完最后一張照片后,相機(jī)里的膠卷還可拍幾張照片?分析與解:甲代表團(tuán)坐滿若干輛車后余11人,闡明甲代表團(tuán)的人數(shù)(簡稱甲數(shù))除以36余11;兩代表團(tuán)余下的人正好坐滿一輛車,闡明乙代表團(tuán)余36-11=25(人),即乙代表團(tuán)的人數(shù)(簡稱乙數(shù))除以36余25;甲代表團(tuán)的每個組員與乙代表團(tuán)的每個組員兩兩合拍一張照片,共要拍“甲數(shù)×乙數(shù)”張照片,由于每個膠卷拍36張,因此最后一種膠卷拍的張數(shù),等于“甲數(shù)×乙數(shù)”除以36的余數(shù)。
由于甲數(shù)除以36余11,乙數(shù)除以36余25,因此“甲數(shù)×乙數(shù)”除以36的余數(shù)等于11×25除以36的余數(shù)。
(11×25)÷36=7……23,
即最后一種膠卷拍了23張,還可拍36-23=13(張)。
由例6看出,將實際問題轉(zhuǎn)化為我們熟悉的數(shù)學(xué)問題,有助于我們思考解題。周期性問題
“周期”現(xiàn)象在我們身邊普遍存在著。如每個星期總是以七天為周期一次又一次地循環(huán)著;每年也總是按春夏秋冬四季年復(fù)一年地延續(xù);就連機(jī)器上活動著的部件在運轉(zhuǎn)時也是沿著一定的軌跡一次次重復(fù)運動著……
掌握和運用“周期規(guī)律”能夠解決許多復(fù)雜而有趣的數(shù)學(xué)問題。
在討論周期問題時,經(jīng)常要提到“余數(shù)”。有關(guān)“余數(shù)”,有幾條最基本的性質(zhì),我們是應(yīng)當(dāng)掌握的。
一、加法性質(zhì)。
若數(shù)A和數(shù)B的和被K除,分別余a和b(A、B、K、a、b均為整數(shù),K≠0),那么,A和B的和被K除,余數(shù)也為a加b的和[若(a+b)>k余數(shù)則為a+b-k]。
例如:16除以7,余數(shù)是2;22除以7,余數(shù)是1。那么,(16+22)除以7,余數(shù)是2+1=3。
二、減法性質(zhì)。
若數(shù)A、數(shù)B被數(shù)K除,余數(shù)分別為a和b(以上各數(shù)均為整數(shù),K≠0),那么,A減去B的差被K除,余數(shù)也為a減去b的差(若a<b,余數(shù)則為a+k-b)。
例如:135除以13余數(shù)是5;40除以13余數(shù)是1。那么,(135-40)除以13,余數(shù)是5-1=4。
又如:233除以11余數(shù)是2;61除以11余數(shù)是6。那么,(233-61)除以11,余數(shù)是2+11-6=7。
三、乘法性質(zhì)。
若數(shù)A除以數(shù)K,余a(A、K和a都是整數(shù),K≠0),那么,A的n倍除以數(shù)K,余數(shù)則為na除以K所得的余數(shù);
若數(shù)A和數(shù)B被數(shù)K除,分別余a、b(以上各數(shù)均為整數(shù),k≠0),那么,A、B的乘積除以K,余數(shù)為a·b÷k的余數(shù)。
例如:15除以13的余數(shù)是2。那么15×7的積除以13的余數(shù)是2×7÷13,余1。
又如:140除以17,余數(shù)是4;90除以17,余數(shù)是5。那么140×90的積除以17的余數(shù)為4×5÷17,余數(shù)是3。
學(xué)會運用余數(shù)來解決周期問題是一件很故意思的事情
補(bǔ)充練習(xí)題。
【練習(xí)1】
12+22+32+42+52+62+……+2+2除以7所得的余數(shù)為多少?
解:12+22+32+42+52+62+……+2+2
=
=1001××1335
1001是7的倍數(shù),1001××1335也是7的倍數(shù)。因此12+22+32+42+52+62+……+2+2除以7所得的余數(shù)為0。
【練習(xí)2】甲、乙、丙三個數(shù)分別為603、939、393。某數(shù)A除甲數(shù)所得的余數(shù)是A除乙數(shù)所余數(shù)的2倍,A除乙數(shù)所得的余數(shù)是A除丙數(shù)所的余數(shù)的2倍。求A等于多少?
解:⑴603÷A=B1……4r
939÷A=B2……2r
393÷A=B3……r把余數(shù)解決成相似,再相減
⑵603÷A=B1……4r
(939×2)÷A=B2×2……4r
(393×4)÷A=B3×4……4r
393×4=1572,939×2=1878,原題轉(zhuǎn)化成“1572、1878、603除以A的余數(shù)相似,求A是多少”。這三個數(shù)兩兩相減的差是1878-1572=306;1878-603=1275;1572-603=969。A是306、1275、969的公約數(shù)。(306、1275、969)=51=3×17A是51或17,不會是1和3。經(jīng)檢查,A等于17。
603÷17=35……8
939÷17=55……4
393÷17=23……2答:A等于17。
【練習(xí)3】五班同窗上體育課,排成3行少l人,排成4行多3人,排成5行少l人,排成6行多5人。問上體育課的同窗最少有多少名?
分析:⑴“排成3行少l人”,如果補(bǔ)上1人正好排成3行,補(bǔ)上1人后人數(shù)是3的倍數(shù)。同理,在五班學(xué)生人數(shù)的基礎(chǔ)上如果補(bǔ)上1個人,總?cè)藬?shù)是3、4、5、6的公倍數(shù)。
⑵[3,4,5,6]=60
60-1=59
答:上體育課的學(xué)生最少59人。
【練習(xí)4】一種自然數(shù)在1000和1200之問,且被3除余1,被5除余2,被7除余3,求符合條件的數(shù)。
分析:⑴“被3除余1”、“被7除余3”可轉(zhuǎn)化為被3和7除都余10。這個數(shù)比3和7的公倍數(shù)多10。設(shè)這個數(shù)為21α+10。
當(dāng)α=2時,21α+10=52,52除以5余2。52是符合條件的最小的自然數(shù)。
⑵[3,5,7]=105,在52的基礎(chǔ)上加105的倍數(shù),即(105n+52)符合條件,當(dāng)n=10時,105n+52=1102,1102在1000和1200之問,并且被3除余1,被5除余2,被7除余3。
答:符合條件的數(shù)是1102。最后再附帶余數(shù)問題和星期日期的幾個便于做題的推論:
同余核心口訣
余同加余,和同加和,差同減差,除數(shù)最小公倍數(shù)作周期
1、余同:一種數(shù)除以幾個不同的數(shù),得到的余數(shù)相似,此時該數(shù)能夠選擇這個相似的余數(shù)(余同取余)
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