数论与整数方法 · 位值与整除

位值原理与整除判别

把大数拆成位值,删去整倍数,再组合剩下的条件。

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01

先保留末两位,再筛数字和

四位数 3a4b 能被36整除,a、b 各为0到9的一个数字。这样的四位数有哪些?这里的3a4b表示按数位排列的整数,不表示乘法。

同一题的五步筛选

千位3百位a十位4个位b

第1步 / 共5步:展开位值

3a4b = 3000+100a+40+b,a、b 都取0到9。

左侧原题的当前进度

两条约束

先拆36,再拆位值

4和9互质。被36整除,等价于同时被4和9整除。

筛选必须覆盖每个分支,最后将候选数代回原题。动画中的格子表示数位,不按数值大小绘制。

02

学习准备:分清数字、数位、位值

目标与前置

先掌握整数四则运算、带余除法、倍数与因数、质因数分解和互质。本页目标是从位值展开解释常见规则,处理缺失数字,并说明为什么筛选没有漏解。

S班是本项目的教学深度编排,不代表某地官方课纲;不限定为六年级上学期必学。

十进制位值(Place value)

3726中的数字7在百位,位值是700,不是7。设各位数字从右向左为 d₀、d₁、…、dₖ,则 N=d₀+10d₁+100d₂+…+10ᵏdₖ。每个数字是0到9的整数;k≥1时最高位 dₖ≠0。

本页只讨论十进制非负整数,除数为正整数。一般进制互化另页讨论;小数不能直接沿用这些整数规则。

03

所有判别都从“相差一个整倍数”出发

共同依据:删去整倍数,不改变能否整除

若 N=dQ+R,其中 Q 为整数、d 为正整数,则 d整除N,当且仅当d整除R。因为 N−R=dQ:N与R中的任意一个是d的倍数,另一个也必是。这里R可以是负数,也不必是标准余数;只有说“余数”时才要求0≤R<d。

数字和为什么能判3、9?

设 S=d₀+d₁+…+dₖ。逐位相减:

N−S = 9d₁+99d₂+…+(10ᵏ−1)dₖ

每个 10ⁱ−1 都由 i 个9组成,因而是9的倍数,也是3的倍数。所以N与数字和S除以9余数相同,除以3也余数相同。这既证明必要性,也证明充分性。例如3726−18=3708=9×412,18被9整除,因此3726被9整除。

末几位:把前面的整十、整百、整千删去

把数写成 N=100Q+r,0≤r<100。因为100是4与25的倍数,整百部分可删去,所以被4或25整除,只需看末两位。末两位含前导零时也按数值判断,如“04”代表4。对8、125同理用 N=1000Q+r,看末三位。

看末一位

2:末位0、2、4、6、8;5:末位0或5;10:末位0。

看末两位 / 三位

4、25看末两位是否为相应除数的倍数;8、125看末三位。位数不足时直接看原数。

看数字和

3、9:数字和能被相应除数整除。数字和可继续求和,但“能被3整除”不推出“能被9整除”,例如12。

组合规则

6:同时被2、3整除;12:同时被3、4整除;36:同时被4、9整除。每对因数互质。

11:位权正负交替,得到交错和

从个位开始,依次取+、−、+、−,得到 T=d₀−d₁+d₂−d₃+…。因为10与−1相差11,10ⁱ与(−1)ⁱ也相差11的倍数,所以 N−T 为11的倍数。后一句可由恒等式 xⁱ−yⁱ=(x−y)(xⁱ⁻¹+xⁱ⁻²y+…+yⁱ⁻¹),取x=10、y=−1得到,不依赖动画猜测。

因此N能被11整除,当且仅当T是11的倍数。T可以是0、±11、±22等;只判断是否为0会漏解。从最高位起交替计算有时得到−T,但不会改变整除结论。3726的T=6−2+7−3=8,故不能被11整除;121的T=1−2+1=0,故能被11整除。

04

完整例题:组合规则要双向检查

例题一 · 末两位与数字和联动

求所有能被36整除的四位数3a4b

条件:a、b是0到9的数字,千位固定为3,十位固定为4。

  1. 拆条件:36=4×9,4与9互质。因此需要且只需要4与9两项判别同时成立。
  2. 先约束b:末两位40+b必须被4整除。b在0到9内,所以 b=0、4、8。
  3. 分支求a:数字和7+a+b须为9的倍数。b=0时,7+a在7到16内,只能等于9,得a=2;b=4时,11+a在11到20内,只能等于18,得a=7;b=8时,15+a在15到24内,只能等于18,得a=3。
  4. 还原并核验:3240÷36=90;3744÷36=104;3348÷36=93。

答案:3240、3744、3348,共3个。b的全部可能性已枚举;每个b分支的数字和区间只含一个9的倍数,因此没有漏解,也没有重复。

例题二 · 用11处理符号与零

求所有能被55整除的四位数5a2b

条件:a、b各是0到9的数字,千位固定5,十位固定2。

  1. 拆条件:55=5×11,5与11互质;同时满足两条判别即可。
  2. 末位筛选:被5整除得到b=0或5。
  3. 交错和:从个位起,T=b−2+a−5=a+b−7。b=0时,T在−7到2之间,唯一的11倍数是0,所以a=7。b=5时,T在−2到7之间,仍只能等于0,所以a=2。
  4. 核验:5720÷55=104;5225÷55=95。两个分支分别得到唯一合法数字a。

答案:5720、5225。交错和为0是有效整除条件,不能因“0不算正倍数”而排除它。

05

迁移练习:先写必要条件,再证明充分

本页例题、练习为自拟教学题。先独立列分支,再打开解析。

练习一 · 末三位与数字和耦合

四位数7a4b能被72整除,a、b是0到9的数字。求全部这样的四位数。

查看完整解析
  1. 72=8×9,8与9互质。末三位100a+40+b除以8的余数,与4a+b相同。
  2. a为偶数时4a是8的倍数,b只能是0或8;a为奇数时4a除以8余4,b只能是4。
  3. 数字和11+a+b被9整除。b=0时a=7,但它是奇数,与b=0要求a偶数矛盾,排除。b=4时a=3,满足奇数条件。b=8时a=8,满足偶数条件。各分支中数字和的区间分别为11到20、15到24、19到28,均只含一个9的倍数。
  4. 答案为7344、7848。7344÷72=102,7848÷72=109。反代核验两条条件均成立,分支覆盖所有a的奇偶性与全部可能b。

练习二 · 结构自动满足一条判别

四位数abba的千位与个位同为a,百位与十位同为b;a为1到9,b为0到9。能被99整除的这样的四位数有多少个?

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  1. 99=9×11,9与11互质。abba的交错和为a−b+b−a=0,自动满足11的判别。
  2. 数字和为2a+2b=2(a+b)。2与9互质,因此只需a+b是9的倍数。
  3. 由1≤a≤9、0≤b≤9,得到1≤a+b≤18。故a+b=9或18。
  4. a+b=9时,a可取1到9,每个a唯一确定b=9−a,共9个;a+b=18只有a=b=9,共1个。

共10个。它们是1881、2772、3663、4554、5445、6336、7227、8118、9009、9999。前9个依次为99×19、28、37、46、55、64、73、82、91;9999=99×101。首位a不能为0,但中间的b允许为0,9009不能漏掉。

06

反例、易错与回顾

解题顺序:明确数位与数字范围 → 展开位值 → 找能删去的整倍数 → 选择末位、数字和或交错和 → 分支组合 → 反代核验并说明不重不漏。

边界:0能被任何正整数整除;一位数不足两位或三位时直接检查原数。负整数可用绝对值判整除,但本页缺失数字题限定非负十进制写法。除数0没有整除判别。

07

逐章回看

点击标题,定位对应讲解。文字稿默认展开,也可独立阅读。

同一个数字放在不同位置,代表的数量不同。把三千七百二十六逐位展开。

三张千位筹码,七张百位筹码,两张十位筹码,六张个位筹码,合起来是三千七百二十六。

一千等于九百九十九加一,一百等于九十九加一,十等于九加一。

每张筹码都拆走九的倍数,剩下的总和是三加七加二加六,等于十八。

原数与数字和相差九的倍数,所以能否被九整除完全相同。判别三也同理。

判别四时,三千七百二十六中的整百部分都能被四整除,只需看末两位二十六。

二十六不能被四整除,所以原数也不能。判别八则要看末三位。

判别十一时,从个位起,各位权重依次换成正一、负一、正一、负一。

六减二加七减三等于八,不是十一的倍数。交错和为零时,也能被十一整除。

现在求被三十六整除的四位数,千位三,百位未知数a,十位四,个位未知数b。

四和九互质,两个条件要同时满足。先看末两位,b只能是零、四、八。

数字和是七加a加b。三个分支分别得到a为二、七、三,共三个答案。