因数个数与因数和 把因数变成指数选择:计数乘选择数,求和乘幂的和。
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00:00 先分解,再选择00:08 把选择排成表00:20 不重不漏地计数00:32 把所有格子相加00:44 限定因数就是限定指数00:57 反推最小整数01
72 的因数,怎样不重不漏地列出? 72=2³×3²。求全部正因数的个数和总和;再只取其中是6的倍数的因数。 表格的四列依次取2⁰、2¹、2²、2³,三行依次取3⁰、3¹、3²,每格是行列幂的乘积。
初始:2的指数取0至3,3的指数取0至2。
1 2 4 8 3 6 12 24 9 18 36 72
下一步 重置
共有4×3=12个正因数,总和(1+2+4+8)(1+3+9)=195。6的倍数是6、12、24、18、36、72,共6个,和168。
对应左侧72的指数选择表
12个
从指数建立对应 d=2ⁱ×3ʲ,0≤i≤3,0≤j≤2,i、j均为整数。
格子面积相同,不表示因数大小;淡化格表示本步未生成或不满足条件。动画和枚举帮助理解,通用结论由下方证明保证。
02
学习准备与范围 学习目标 用指数选择解释因数公式为什么成立。 从整除限制中找出每个指数的允许范围。 把给定因数个数反推为指数结构,并比较最小整数。 必要前置 质数、整除、质因数分解、整数指数(含p⁰=1)、乘法原理与分配律。唯一分解定理 :大于1的整数写成质数乘积后,除顺序外唯一。本页以此为前置,不用表格动画替代其证明。
本页只讨论正整数的正因数 ,包含1和自身。S班是项目编排的教学深度,重点为限定因数与反推结构,不声称属于已核实的机构或学期课纲。
03
同一个选择模型,得到两个公式 设 n>1,标准质因数分解为 n=p1 a1 p2 a2 …pk ak ;p₁、…、pₖ是互不相同的质数,a₁、…、aₖ是正整数。
为什么每个正因数对应唯一一组指数? 若 d 整除 n,则 n=dq,其中q为正整数。由唯一分解,d只能含这些质数,且每个质数的指数bᵢ不能超过aᵢ。因此d=p1 b1 …pk bk ,0≤bᵢ≤aᵢ。反过来,任何满足范围的指数选择都给出n的因数,因为n/d=p1 a1 −b1 …pk ak −bk 仍是正整数。不同指数组不能给出相同的d,否则违反唯一分解。这样便得到双向且不重不漏的对应。
正因数个数 τ(n) τ(n)=(a₁+1)…(aₖ+1)
第i个指数有aᵢ+1种选择,包含0;各质数指数可以独立选择,应用乘法原理。
正因数和 σ(n) σ(n)=∏(1+pᵢ+…+pi ai )
把每个括号的一项相乘,恰好生成一个因数;展开后全部项不重不漏,应用分配律。
符号∏表示将i=1至k的各项相乘。每一项几何和也可写成(pi ai +1 −1)/(pᵢ−1),因为令S=1+p+…+pᵃ,则pS−S=pᵃ⁺¹−1。计算时先算整数幂,再做精确除法。
限定因数:先改指数允许集合 若每个指数bᵢ可从集合Bᵢ中独立选择,个数为各集合大小之积,和为∏(Σpi bi )。例如“偶因数”要求2的指数至少1,“奇因数”要求2的指数为0。“是m的倍数”先检查m是否整除n;若m含n没有的质因数,或指数超过n,则一个也没有。
若限制把多个指数耦合,例如“指数之和等于2”,不能直接把各自范围相乘,必须枚举满足联合条件的指数组。
04
完整例题:限定因数与反推结构 以下例题与练习均为自拟教学题。
例题一|72 中是6的倍数的因数 求72全部正因数的个数与和,再求其中能被6整除的因数的个数与和。
分解:72=2³×3²,每个因数写成2ⁱ3ʲ,其中i=0、1、2、3,j=0、1、2。 全部因数个数为(3+1)(2+1)=12个 ,和为(1+2+4+8)(1+3+9)=15×13=195 。 6=2×3,因数要被6整除,必须i≥1且j≥1。可选i=1、2、3,j=1、2,个数为3×2=6个 。 限定和为(2+4+8)(3+9)=14×12=168 。枚举核验:6、12、24、18、36、72,求和确为168。 另一核验:限定因数写成6e,则e整除72/6=12。12有6个正因数,σ(12)=28,乘回6后总和6×28=168。这里6e与e是双向对应,并不要求6与12互质。
例题二|恰有12个正因数的最小正整数 求正整数n,使τ(n)=12且n尽可能小。
将12拆为不小于2的无序因子乘积。完整情况为12,6×2,4×3,3×2×2。若有四个质因数,τ(n)至少为2⁴=16,故不可能。 每个因子减1,得到指数结构:(11)、(5,1)、(3,2)、(2,1,1)。因子拆分的顺序不产生新结构。 固定结构时,选最小的几个质数。较大指数配较小质数:若p<q且a>b,则pᵃqᵇ/(pᵇqᵃ)=(p/q)ᵃ⁻ᵇ<1;交换即可使整数更小。 四个最小候选分别为2¹¹=2048,2⁵×3=96,2³×3²=72,2²×3×5=60。比较得到n=60 。 验算60=2²×3×5,τ(60)=3×2×2=12。只找到72有12个因数,并不能断言72最小;必须比较所有指数结构。
05
迁移练习 练习一|180的偶因数 180有多少个偶数正因数?这些偶因数的和是多少?
展开完整解析 180=2²×3²×5。偶因数中2的指数只能取1、2;3的指数取0、1、2;5的指数取0、1。因此个数2×3×2=12个 。
和为(2+4)(1+3+9)(1+5)=6×13×6=468 。核验:全部因数和为7×13×6=546;奇因数和为1×13×6=78;546−78=468。
练习二|恰有8个正因数 恰有8个正因数的最小正整数是多少?说明为什么没有漏掉更小的结构。
展开完整解析 8的无序乘法拆分只有8、4×2、2×2×2。对应指数结构(7)、(3,1)、(1,1,1)。四个不同质数至少给出16个因数,不必考虑。
各结构最小候选为2⁷=128、2³×3=24、2×3×5=30。最小为24 ,其因数为1、2、3、4、6、8、12、24,恰好8个。最小质数与较大指数优先的依据同例题二。
06
边界、反例与回顾 必须是标准质因数分解。 12=3×4中的4不是质数;误套(1+1)(1+1)得4,而12实际有6个正因数。正确分解12=2²×3。不能漏掉指数0。 p⁰=1,所有指数都取0才得到因数1;不加1会漏因数。1单独处理。 正整数1唯一的正因数是1,所以τ(1)=σ(1)=1。0有无限多个正因数,不属于本页范围。正因数不等于真因数。 n>1时真因数和为σ(n)−n;若计正负因数,个数为2τ(n),正负相消后的和为0,这不是σ(n)。因数个数不能唯一确定n。 60和72都恰有12个正因数;“求最小”还需要比较结构。因数和不能随便对任意乘积分拆。 σ(4)σ(6)=7×12=84,而σ(24)=60;4和6有共同质因数,不能作为两个独立质数幂处理。解题顺序:标准分解 → 写出指数范围 → 检查限制是否独立 → 求个数或求和 → 枚举小例核验。反推时:拆分因数个数 → 每项减1 → 小质数配大指数 → 比较全部结构。
07
逐章回看 完整文字稿默认可见;点击标题定位到对应讲解。
00:00 先分解,再选择 ↗七十二等于二的三次方乘三的平方。它的每个正因数,都由二和三的幂相乘得到。
00:08 把选择排成表 ↗二的指数可以选零到三,三的指数可以选零到二。横向选四种,纵向选三种,每格写下两者的乘积。
00:20 不重不漏地计数 ↗例如四乘三得到十二。质因数分解唯一,所以不同指数对不会重复;全部十二个格子,恰好是全部正因数。
00:32 把所有格子相加 ↗求和时,把同一行的公因子提出。三行合起来,就是一加二加四加八,乘一加三加九,得到一百九十五。
00:44 限定因数就是限定指数 ↗如果只取六的倍数,二和三的指数都至少是一。保留右下方六格,个数为六,和是十四乘十二,等于一百六十八。
00:57 反推最小整数 ↗反过来,十二个正因数不只对应一个整数。把十二拆成大于一的因子的乘积,就得到四种指数结构。
同一种结构,用最小的质数,较大指数配较小质数。四个最小候选是二千零四十八、九十六、七十二、六十。
所以有十二个正因数的最小正整数是六十。记住:计数乘选择数,求和乘幂的和,有限制先筛指数。
08
范围与图示说明 推导依据为唯一分解定理、乘法原理和分配律,证明与自拟题均完整写在正文中。指数表只表示离散选择,不表示面积或大小关系。暂无外部题库引用。下载视频 · 下载完整离线包 。