【精品】六年级奥数培优教程讲义第27讲同余法解题(教师版)
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1、第第 2 27 7 讲讲 同余法解题同余法解题 余数问题主要包括了带余除法的定义,三大余数定理(加法余数定理,乘法余数定理,和 同余定理),及中国剩余定理和有关弃九法原理的应用。 一、带余除法的定义及性质一、带余除法的定义及性质 一般地,如果 a 是整数,b 是整数(b0),若有 ab=qr,也就是 abqr, 0rb;我们称上面的除法算式为一个带余除法算式。这里: (1)当0r 时:我们称 a 可以被 b 整除,q 称为 a 除以 b 的商或完全商 (2)当0r 时:我们称 a 不可以被 b 整除,q 称为 a 除以 b 的商或不完全商 二、三大余数定理:二、三大余数定理: 1.1.余数的加
2、法定理余数的加法定理 a 与 b 的和除以 c 的余数,等于 a,b 分别除以 c 的余数之和,或这个和除以 c 的余数。 当余数的和比除数大时,所求的余数等于余数之和再除以 c 的余数。 2.2.余数的乘法定理余数的乘法定理 a 与 b 的乘积除以 c 的余数,等于 a,b 分别除以 c 的余数的积,或者这个积除以 c 所得的余数。 3.3.同余定理同余定理 若两个整数 a、b 被自然数 m 除有相同的余数,那么称 a、b 对于模 m 同余,用式子表示为:ab ( mod m ),左边的式子叫做同余式。 同余式读作:a 同余于 b,模 m。由同余的性质,我们可以得到一个非常重要的推论: 若两
3、个数 a,b 除以同一个数 m 得到的余数相同,则 a,b 的差一定能被 m 整除 用式子表示为:如果有 ab ( mod m ),那么一定有 abmk,k 是整数,即 m|(ab) 教学目标 知识梳理 三、中国剩余定理三、中国剩余定理 1.1.中国古代趣题中国古代趣题 韩信点兵又称为中国剩余定理,相传汉高祖刘邦问大将军韩信统御兵士多少,韩信答说,每 3 人一列 余 1 人、5 人一列余 2 人、7 人一列余 4 人、13 人一列余 6 人。刘邦茫然而不知其数。 我们先考虑下列的问题:假设兵不满一万,每 5 人一列、9 人一列、13 人一列、17 人一列都剩 3 人, 则兵有多少? 首先我们先
4、求 5、9、13、17 之最小公倍数 9945(注:因为 5、9、13、17 为两两互质的整数,故其最 小公倍数为这些数的积),然后再加 3,得 9948(人)。 2.2.核心思想和方法核心思想和方法 对于这一类问题,我们有一套看似繁琐但是一旦掌握便可一通百通的方法,下面我们就以孙子算经 中的问题为例,分析此方法: 今有物,不知其数,三三数之,剩二,五五数之,剩三,七七数之,剩二,问物几何? 题目中我们可以知道,一个自然数分别除以 3,5,7 后,得到三个余数分别为 2,3,2.那么我们首先 构造一个数字,使得这个数字除以 3 余 1,并且还是 5 和 7 的公倍数。 先由5735,即 5 和
5、 7 的最小公倍数出发,先看 35 除以 3 余 2,不符合要求,那么就继续看 5 和 7 的“下一个”倍数35270是否可以,很显然 70 除以 3 余 1 类似的,我们再构造一个除以 5 余 1,同时又是 3 和 7 的公倍数的数字,显然 21 可以符合要求。 最后再构造除以 7 余 1,同时又是 3,5 公倍数的数字,45 符合要求,那么所求的自然数可以这样计算: 2 703 212 453,5,72333,5,7kk ,其中 k 是从 1 开始的自然数。 也就是说满足上述关系的数有无穷多,如果根据实际情况对数的范围加以限制,那么我们就能找到所 求的数。 例如对上面的问题加上限制条件“满
6、足上面条件最小的自然数”, 那么我们可以计算2 703 212 452 3,5,723 得到所求 如果加上限制条件“满足上面条件最小的三位自然数”, 我们只要对最小的 23 加上3,5,7即可,即 23+105=128。 考点一:考点一:带余除法的定义和性质带余除法的定义和性质 典例分析 例例 1 1、两数相除,商 4 余 8,被除数、除数、商数、余数四数之和等于 415,则被除数是_ 【解析】因为被除数减去 8 后是除数的 4 倍,所以根据和倍问题可知,除数为4154884179()(), 所以,被除数为7948324。 例例 2 2、用一个自然数去除另一个自然数,商为 40,余数是 16.
7、被除数、除数、商、余数的和是 933,求这 2 个自然数各是多少? 【解析】本题为带余除法定义式的基本题型。根据题意设两个自然数分别为 x,y,可以得到 4016 4016933 xy xy ,解方程组得 856 21 x y ,即这两个自然数分别是 856,21. 例例 3 3、一个两位数除以 13 的商是 6,除以 11 所得的余数是 6,求这个两位数 【解析】因为一个两位数除以 13 的商是 6,所以这个两位数一定大于13 678,并且小于13 (6 1)91; 又因为这个两位数除以 11 余 6,而 78 除以 11 余 1,这个两位数为78583 考点二:三大余数定理的应用考点二:三
8、大余数定理的应用 例例 1 1、一个三位数除以 17 和 19 都有余数,并且除以 17 后所得的商与余数的和等于它除以 19 后所得到的商 与余数的和那么这样的三位数中最大数是多少,最小数是多少? 【解析】 设这个三位数为s, 它除以 17 和 19 的商分别为a和b, 余数分别为m和n, 则1 71 9sa mb n 根据题意可知ambn,所以samsbn ,即1618ab,得89ab所以a是 9 的倍数,b 是 8 的倍数此时,由ambn知 81 99 nmabaaa 由于s为三位数,最小为 100,最大为 999,所以10017999am,而116m, 所以17117999aam ,1
9、00171716ama,得到558a,而a是 9 的倍数,所以a最小为 9, 最大为 54 当54a 时, 1 6 9 nma,而18n ,所以12m ,故此时s最大为175412930; 当9a 时, 1 1 9 nma,由于1m ,所以此时s最小为1791154 所以这样的三位数中最大的是 930,最小的是 154 例例 2 2、 3031 3130被13除所得的余数是多少? 【解析】31 被 13 除所得的余数为 5,当 n 取 1,2,3,时5n被 13 除所得余数分别是 5,12,8,1,5, 12,8,1以 4 为周期循环出现,所以 30 5被 13 除的余数与 2 5被 13 除
10、的余数相同,余 12,则 30 31除以 13 的余数为 12; 30 被 13 除所得的余数是 4,当 n 取 1,2,3,时,4n被 13 除所得的余数分别是 4,3,12,9,10,1, 4,3,12,9,10,以 6 为周期循环出现,所以 31 4被 13 除所得的余数等于 1 4被 13 除所得的余数,即 4, 故 31 30除以 13 的余数为 4; 所以 3031 3130被 13 除所得的余数是124133 例例 3 3、 19967 77777 个 除以 41 的余数是多少? 【解析】找规律:7417,774136,7774139,77774128, 77777410,所以
11、77777 是 41 的倍数,而199653991,所以 19967 77777 个 可以分成 399 段 77777 和 1 个 7 组成,那么它除以 41 的余数为 7 例例 4 4、求所有的质数 P,使得 2 41p 与 2 61p 也是质数 【解析】如果5p ,则 2 41 101p , 2 61 151p 都是质数,所以 5 符合题意如果 P 不等于 5,那么 P 除以 5 的余数为 1、2、3 或者 4, 2 p除以 5 的余数即等于 2 1、 2 2、 2 3或者 2 4除以 5 的余数,即 1、4、9 或 者 16 除以 5 的余数,只有 1 和 4 两种情况如果 2 p除以
12、5 的余数为 1,那么 2 41p 除以 5 的余数等于 4 1 15 除以 5 的余数,为 0,即此时 2 41p 被 5 整除,而 2 41p 大于 5,所以此时 2 41p 不是质数; 如果 2 p除以 5 的余数为 4,同理可知 2 61p 不是质数,所以 P 不等于 5, 2 41p 与 2 61p 至少有一个不是 质数,所以只有5p 满足条件 例例 5 5、甲、乙、丙三数分别为 603,939,393某数A除甲数所得余数是A除乙数所得余数的 2 倍,A除乙 数所得余数是A除丙数所得余数的 2 倍求A等于多少? 【解析】根据题意,这三个数除以A都有余数,则可以用带余除法的形式将它们表
13、示出来: 11 603AKr 5049495 33 393AKr 由于 12 2rr, 23 2rr,要消去余数 1 r, 2 r, 3 r,我们只能先把余数处理成相同的,再两数相减 这样我们先把第二个式子乘以 2,使得被除数和余数都扩大 2 倍,同理,第三个式子乘以 4 于是我们可以得到下面的式子: 11 603AKr 22 939 222AKr 33 393 424AKr 这样余数就处理成相同的最后两两相减消去余数,意味着能被A整除 93926031275,3934603969,1275,969513 17 51 的约数有 1、3、17、51,其中 1、3 显然不满足,检验 17 和 51
14、 可知 17 满足,所以A等于 17 考点三:余数综合应用考点三:余数综合应用 例例 1 1、设21n是质数,证明: 2 1, 2 2, 2 n被21n除所得的余数各不相同 【解析】假设有两个数a、b,(1ban),它们的平方 2 a, 2 b被21n除余数相同那么,由 同 余 定 理 得 22 0(mod(21)abn, 即() ()0 ( m o d ( 21) )ababn, 由 于21n是 质 数 , 所 以 0(mod(21)abn或0(mod(21)abn, 由于ab,ab均小于21n且大于 0, 可知,ab与21n 互质,ab也与21n互质,即ab,ab都不能被21n整除,产生矛
15、盾,所以假设不成立,原题得证 例例 2 2、从 1,2,3,n 中,任取 57 个数,使这 57 个数必有两个数的差为 13,则 n 的最大值为多少? 【解析】被 13 除的同余序列当中,如余 1 的同余序列,1、14、27、40、53、66,其中只要取到两个 相邻的,这两个数的差为 13;如果没有两个相邻的数,则没有两个数的差为 13,不同的同余序列当中不可 能有两个数的差为 13,对于任意一条长度为 x 的序列,都最多能取 2 x x 个数,使得取出的数中没有两个 数的差为 13,即从第 1 个数起隔 1 个取 1 个 基于以上,n 个数分成 13 个序列,每条序列的长度为 13 n 或1
16、 13 n ,两个长度差为 1 的序列,要使取出 的数中没有两个数的差为 13,能够被取得的数的个数之差也不会超过 1,所以为使 57 个数中任意两个数的 差都不等于 13,则这 57 个数被分配在 13 条序列中,在每条序列被分配的数的个数差不会超过 1,那么 13 个序列有 8 个序列分配了 4 个数,5 个序列分配了 5 个数,则这 13 个序列中 8 个长度为 8,5 个长度为 9, 那么当 n 最小为8 895109 时,可以取出 57 个数,其中任两个数的差不为 13,所以要使任取 57 个数 必有两个数的差为 13,那么 n 的最大值为 108 例例 3 3、 已知 n 是正整数
17、, 规定!1 2nn , 令1 !1 2 !2 3 !32 0 0 7 !2 0 0 7m , 则整数 m 除以 2008 的余数为多少? 【解析】 1!12!23!32007!2007m 1!212!313!412007!20081()()()() 2! 1! 3! 2! 4! 3!2008! 2007! 2008! 1 2008 能够整除2008!,所以2008! 1的余数是 2007 例例 4 4、有 2 个三位数相乘的积是一个五位数,积的后四位是 1031,第一个数各个位的数字之和是 10,第二 个数的各个位数字之和是 8,求两个三位数的和。 【解析】本题条件仅给出了两个乘数的数字之和
18、,同时发现乘积的一部分已经给出,即乘积的一部分数字 之和已经给出,我们可以采用弃九法原理的倒推来构造出原三位数。因为这是一个一定正确的算式,所以 一定可以满足弃九法的条件,两个三位数除以 9 的余数分别为 1 和 8,所以等式一边除以 9 的余数为 8,那 么1031 除以 9 的余数也必须为 8,只能是 3.将 31031 分解质因数发现仅有一种情况可以满足是两个三 位数的乘积, 即3103131 1001143217 所以两个三位数是 143 和 217,那么两个三位数的和是 360。 例例 5 5、设 2009 2009的各位数字之和为A,A的各位数字之和为B,B的各位数字之和为C,C的
19、各位数字之 和为D,那么D ? 【解析】由于一个数除以 9 的余数与它的各位数字之和除以 9 的余数相同,所以 2009 2009与A、B、C、D 除以 9 都同余, 而 2009 除以 9 的余数为 2, 则 2009 2009除以 9 的余数与 2009 2除以 9 的余数相同, 而 6 264除 以 9 的余数为 1,所以 334 20096 334 565 2222 除以 9 的余数为 5 2除以 9 的余数,即为 5 另一方面,由于 200920098036 20091000010,所以 2009 2009的位数不超过 8036 位,那么它的各位数字之和不 超过9 803672324
20、, 即72324A; 那么A的各位数字之和9545B ,B的各位数字之和9218C , C小于 18 且除以 9 的余数为 5,那么C为 5 或 14,C的各位数字之和为 5,即5D 考点四:中国剩余定理考点四:中国剩余定理 例例 1 1、一个自然数在 1000 和 1200 之间,且被 3 除余 1,被 5 除余 2,被 7 除余 3,求符合条件的数 【解析】方法 1:先列出除以 3 余 1 的数:1,4,7,10,13,16,;再列出除以 5 余 2 的数:2,7,12, 17,22,27,; 这两列数中,首先出现的公共数是 73 与 5 的最小公倍数是 15两个条件合并成一个就是 715
21、整数,列出这一串数是 7,22,37,52,;再列出除以 7 余 3 的数: 3,10,17,24,31,38,45,52,;就得出符合题目条件的最小数是 52事实上,我们已把题目中三个 条件合并成一个:被 105 除余 52那么这个数在 1000 和 1200 之间,应该是105 10521102 方法 2:我们先找出被 3 除余 1 的数:1,4,7,10,13,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46, 49,52,;被 5 除余 2 的数:2,7,12,17,22,27,32,37,42,47,52,57,;被 7 除余 3 的数: 3,10,17,24,31,
22、38,45,52,; 三个条件都符合的最小的数是 52, 其后的是一次加上 3、 5、 7 的最小公倍数, 直到加到 1000 和 1200 之间 结 果是105 10521102 方法 3:设这个自然数为a,被 3 除余 1,被 5 除余 2,可以理解为被 3 除余321,被 5 除与52,所以 满足前面两个条件的157am (m为自然数), 只需157m 除以7余3, 即15m除以7余3, 而1 5 7 2 1, 只需 m 除以 7 余 3, m 最小为 3, 所以满足三个条件的最小自然数为3 15752, 那么这个数在 1000 和 1200 之间,应该是105 10521102 例例
23、2 2、一个大于 10 的自然数,除以 5 余 3,除以 7 余 1,除以 9 余 8,那么满足条件的自然数最小为多少? 【解析】根据总结,我们发现三个数中前两个数的除数与余数的和都是53718 ,这样我们可以把余 数都处理成 8,即一个数除以 5 余 3 相当于除以 5 余 8,除以 7 余 1 相当于除以 7 余 8,所以可以看成这个 数除以 5、7、9 的余数都是 8,那么它减去 8 之后是 5、7、9 的公倍数而5,7,9315,所以这个数最小 为3158323 例例 3 3、一个数除以 3 余 2,除以 5 余 3,除以 7 余 4,问满足条件的最小自然数为多少? 【解析】法一:根据
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