兩個(gè)有趣的數(shù)論問(wèn)題

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué) 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

問(wèn)題1:甲、乙兩個(gè)教堂的鐘聲同時(shí)響過(guò)之后,分別每隔4/3秒和7/4秒再響一聲,如果因?yàn)樵?/2秒內(nèi)敲響的兩聲無(wú)法區(qū)分而被視為同一聲,問(wèn)在15分鐘內(nèi)可以聽(tīng)到多少聲響?

 

在15分鐘內(nèi),甲、乙兩個(gè)教堂的鐘聲分別敲響了60×15÷4/3 = 675聲和 60×15÷7/4 = 514聲。

 

假設(shè)以聽(tīng)甲教堂的鐘聲為主,即甲教堂的鐘聲都能聽(tīng)到,乙教堂的鐘聲與甲教堂的鐘聲間隔在1/2秒內(nèi)者聽(tīng)不到,又設(shè)這些聽(tīng)不到的鐘聲數(shù)目為x,則在15分鐘內(nèi)可以聽(tīng)到的鐘聲數(shù)為675+514-x.

 

設(shè)n、m分別是甲、乙兩個(gè)教堂的鐘聲敲響的次序數(shù),則1n675,1m514. 由實(shí)際意義可知滿足不等式組0|(4/3)n-(7/4)m |1/2的正整數(shù)n和m的個(gè)數(shù)相等,而這個(gè)相等的個(gè)數(shù)就是x.

 

  0|(4/3)n-(7/4)m |1/2   0|16n-21m |6 -616n-21m 6.

 

設(shè)16n-21m  = k(-6k 6),解之可得

 

由1n675,1m514可得

 

給k(-6k 6)的各允許值,分別解上述不等式組,求得t的允許值個(gè)數(shù),即前述方程組解的個(gè)數(shù),就是n(或說(shuō)m)的個(gè)數(shù),也就是x.

 

當(dāng)我們給k的13個(gè)允許值,分別解不等式組時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),除了當(dāng)k取-5和6時(shí)t都有33個(gè)對(duì)應(yīng)的允許值之外,k的其余11個(gè)取值t都有32個(gè)允許值與之對(duì)應(yīng),所以共有418個(gè)t的允許值,即x = 418.

 

所以,15分鐘內(nèi)若不算開(kāi)始的一聲,可聽(tīng)到675+514-418= 771聲鐘響。

 

問(wèn)題2:任意9個(gè)連續(xù)正整數(shù)之積記作P,它們的最小公倍數(shù)記作Q,試確定R = P/Q的最大可能值和最小可能值。

 

先由小到大試驗(yàn)連續(xù)正整數(shù)的個(gè)數(shù):

 

1. 當(dāng)個(gè)數(shù)為2時(shí),設(shè)2個(gè)連續(xù)正整數(shù)從小到大依次為,b,則

 

b / [,b] =(,b)= 1.此時(shí),R的最大、最小可能值都是1.

 

2. 當(dāng)個(gè)數(shù)為3時(shí),設(shè)3個(gè)連續(xù)正整數(shù)從小到大依次為,b,c,則

 

bc / [,b,c] =(b,b,b c)= ((b,b),b c)

 

               = (,b c) = (,c)

 

設(shè) (,c) = h,則h|,h| c,h| c-= 2,h = 1,或h = 2.

 

此時(shí),R的最大、最小可能值分別是1和2.

 

3. 當(dāng)個(gè)數(shù)為4時(shí),設(shè)四個(gè)連續(xù)正整數(shù)從小到大依次為,b,c,d,由

 

=()=((),())

 

=((c,d),cd(,b))= (,cd)

 

知,只要討論(,cd)即可。

 

試驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn),按被2或3除分類不便推理,而按被6除分類方便。

 

故設(shè)= 6n,則b = 6n+1,c = 6n+2,d = 6n+3,所以

 

(,cd)=(6n(6n+1),(6n+2)(6n+3))

 

= 6(n(6n+1),(3n+1)(2n+1))

 

= 6(6 n2+n,6 n2+5n+1)

 

= 6(6 n2+n,4n+1)

 

= 6(n(6 n+1),4n+1)

 

= 6(n,4n+1)

 

= 6(n,1)

 

= 6.

 

其中,第四個(gè)等號(hào)用了展轉(zhuǎn)相減法,第六個(gè)等號(hào)用了最大公約數(shù)的性質(zhì):

 

因?yàn)椋?(6n+1)+3(4n+1)= 1,所以(6n+1,4n+1)= 1等。

 

同理,當(dāng)= 6n+1,= 6n+2,= 6n+4,= 6n+5時(shí),(,cd)= 2;

 

當(dāng)= 6n+3時(shí),(,cd)= 6.

 

總之,當(dāng)3整除時(shí),= 6;當(dāng)3不能整除時(shí),= 2.

 

所以,此時(shí)R的最大和最小可能值分別為6和2.

 

4. 當(dāng)個(gè)數(shù)為9時(shí),上述推理方法已很難進(jìn)行,我們改換一個(gè)思路。

 

考慮將這9個(gè)數(shù)分解質(zhì)因數(shù):因?yàn)檫B續(xù)9個(gè)正整數(shù)不可能兩兩互質(zhì),所以至少有兩個(gè)數(shù)A、B有公有質(zhì)因數(shù)C,即C | A,C | B,所以C |(A-B),A、B是連續(xù)9個(gè)正整數(shù)之中的兩個(gè),所以| A-B | <9,所以C只可能取2、3、5、7,下面逐個(gè)考察它們出現(xiàn)的次數(shù):

 

    考察7出現(xiàn)的次數(shù):兩個(gè)不同的7的倍數(shù)至少差7,故這9個(gè)數(shù)中有1個(gè)或2個(gè)7的倍數(shù)。當(dāng)有兩個(gè)7的倍數(shù)時(shí),其中可能1個(gè)是72的倍數(shù)而另1個(gè)不是,也可能兩個(gè)都不是72的倍數(shù),此時(shí),R = P/Q的分解式中7的次冪只能是1;當(dāng)有1個(gè)7的倍數(shù)時(shí),無(wú)論7的次冪是幾,含7的冪必同時(shí)出現(xiàn)在P、Q中,此時(shí),R = P/Q的分解式中不含7;總之,R = P/Q的分解式中7的次冪至多是1。

 

同理R = P/Q的分解式中5的次冪至多是1。

 

考察3出現(xiàn)的次數(shù):這9個(gè)連續(xù)數(shù)中必恰有三個(gè)3的倍數(shù),其中一個(gè)是9的倍數(shù);另兩個(gè)僅能被3整除,所以R = P/Q的分解式中3的次冪必是2.

 

    考察2出現(xiàn)的次數(shù):這9個(gè)連續(xù)數(shù)中必有五個(gè)或四個(gè)偶數(shù)。當(dāng)有五個(gè)偶數(shù)時(shí),除含2的最高次冪同時(shí)出現(xiàn)在P、Q中之外,另四個(gè)含2最多的情況是“兩個(gè)只能被2整除,一個(gè)只能被4整除,一個(gè)只能被8整除”,此時(shí),R = P/Q的分解式中2的次冪最大是1+1+2+3 = 7;當(dāng)有四個(gè)偶數(shù)時(shí),除含2的最高次冪同時(shí)出現(xiàn)在P、Q中之外,另三個(gè)含2最少的情況是“兩個(gè)只能被2整除,一個(gè)只能被4整除”,此時(shí)R = P/Q的分解式中2的次冪最小,是1+1+2 = 4.

 

    總之,由上述分析可知:R的最大可能值為:7×5×32×27 = 40320(如560開(kāi)頭的9個(gè)數(shù));R的最小可能值為:32×24 = 144(如1至9九個(gè)數(shù)字)。


本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/146852.html

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