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聊发数学狂

(2011-05-30 21:50:33)
标签:

数论

整除问题

被24整除

杂谈

分类: 也找乐

    某小同学问一数学题,由于久疏战阵,咱家一时没想到解法。古人云,一事不知以为深耻,今人说,小学题不会属八荣九耻,所以咱家就对着久未谋面的演算纸努力挖掘着久远的记忆,算是借机聊发一下数学狂。某老江湖说,世界上怕就怕认真二字,所以咱家一认真起来,也真鼓捣出了解法。因为不知正确与否,所以顺手晒到这里,以就教于各位数学大虾。 
    由于此题看来很简单很优美,所以就多琢磨了一会儿。常言道世界上怕就怕多琢磨一会儿,这不,还整了个一题多解聊发数学狂

    请看题吧。

 

    问题:已知a,b都是奇数,证明连乘式ab(a+b)(a-b)可以被24整除。
    分析:可以被24整除,就是说同时可以被3和8整除。
    证明一:
    不妨认为a>b,这样我们就可以把奇数a表达为a=b+2n(n为自然数),则
    原式=(b+2n)b(b+2n+b)(b+2n-b)=4nb(b+2n)(b+n)
    先证明原式是3的倍数。观察b,(b+2n),(b+n)三个数,我们发现其中必有一个可以被3整除的,(因为如果b,n两个数至少有一个可以被3整除,则结论成立;b,n两个数都不可以被3整除,则余数为1或2,如果余数同

时是1或2,则b+2n可以被3整除,如果余数一个为1另一个为2,则b+n可以被三整除)所以,原式一定是3的倍数。
    再证明原式是8的倍数。原式已经明显是4的倍数,只要n,(b+2n),(b+n)中有一个偶数即可。如果n是偶数,则结论成立;如果n是奇数,则b+n一定是偶数,结论也成立。

    证明二:

    用数学归纳法。

    原式=(b+2n)b(b+2n+b)(b+2n-b)=4nb(b+2n)(b+n)
    显然,当n=1时,结论成立(原式=4nb(b+2n)(b+n)=4b(b+2)(b+1),b(b+2)(b+1)是3个连续自然数,必然有一个是3的倍数,且其中必有一个偶数,所以b(b+2)(b+1)一定是6的倍数,也就是说原式是24的倍数)。
    设n=k时结论成立,就是说4kb(b+2k)(b+k)可以被24整除。

    当n=k+1时,结论也是成立的(因为观察证明一的过程,将n代换成n+1时,同理可以得到证明。还不明白?当n=k+1时,原式=4(k+1)b(b+2k+2)(b+k+1),当(k+1)是偶数时原式可以被8整除,当(k+1)是奇数时,(b+k+1)必是偶数,原式也可以被8整除;原式可以被3整除的证法同证明一)。
    证毕。

    经过认真分析,这个题还有其它各种解法,我们将它分解成证明原式是3的倍数和是8的倍数两个步骤。并给出以下解法。
    一、证明原式是3的倍数的其它方法。
    证明一:观察原式ab(a+b)(a-b),如果a,b中至少有一个可以被3整除,则结论已经成立;如果a,b两个数都不可以被3整除,则其余数分别为1或2(如果同余1或2,则a-b可以被3整除;如果一个余1另一个余2,则a+b

可以被3整除),这说明a+b,a-b中必有一个可以被3整除,故结论成立。
    证明二:如果a,b至少有一个可以被3整除,那么原式可以被3整除。

            如果a,b都不可以被3整除,则被3除后的余数为同是1,同是2,或者一个2一个1。余数为同是1,则它们可以表达为:a=3x+1,b=3y+1,此时(a+b)(a-b)=(3x+3y+2)3(x-y),所以可以被3整除,其它两种情况可以用同样方式得到证明。

    证明三:观察原式ab(a+b)(a-b),如果a,b中至少有一个可以被3整除,则结论已经成立;如果a,b两个数都不可以被3整除,(a+b)(a-b)一定可以被3整除(因为(a+b)(a-b)=a平方减b平方,a,b同余时,a平方、b平方也同余,可被3整除;a,b不同余时,则a平方减b平方的余数为3,当然可以被3整除)。

    二、证明原式是8的倍数的其它方法。
    证明一:因为a,b都是奇数,所以它们可以表达为:a=2x+1,b=2y+1,

    原式=(2x+1)(2y+1)(2x+1+2y+1)(2x+1-2y-1)
         =4(2x+1)(2y+1)(x+y+1)(x-y)
          如果x,y同偶或同奇,则x-y是偶数;如果x,y一个偶一个奇,则x+y+1是偶数。所以原式是8的倍数。
    证明二:把奇数a表达为a=b+2n,则ab(a+b)(a-b)=4nb(b+2n)(b+n),如n为偶数,则结论已经成立,如n为奇数,则b+n为偶数(因为b是奇数)。从而原式是8的倍数。
    证明三:(b+a)(b-a)=b平方减去a平方,可以视为两个正方形面积之差,如下图(大正方形边长为b,小正方形边长为a)。因为a,b都是奇数,所以这两个正方形可以是“同心”的。

聊发数学狂    图中大正方形的面积挖去中间小正方形面积后,得到的剩余部分就是“b平方减去a平方”,也就是(b+a)(b-a),它可以按如图的方法分成四个等份,每一份都和上方用阴影表示的矩形全等,且面积为整数。所以(b+a)(b-a)可以被4整除。
    以下只要证明这四个矩形的面积都可以被2整除即可证明原式可以被8整除。因为用阴影表示的矩形的两条边相加正好等于b,而根据题意b是奇数,所以矩形的两条边相加是一个奇数,从而两条边的长度为一偶一奇,也就是说用阴影表示的矩形的面积是偶数,从而可以分成二等份,且每一等份都是整数,也就是说可以被2整除。

    所以(a+b)(a-b)可以被8整除。


    意想不到的是,在分析的过程中,还产生了两个副产品,也秀在这里吧。

    副产品1:如果a,b都是奇数,则(a+b)乘以(a-b)必可以被8整除。
    副产品2:如果a,b都是自然数,则 (a-b)a(a+b)必可以被3整除。
    

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