你會解答下面的問題嗎?
問題1:今天是星期日,再過15天就是“六·一”兒童節(jié)了,問“六·一”兒童節(jié)是星期幾?
這個問題并不難答.因為,一個星期有7天,而15÷7=2…1,即15=7×2+1,所以“六·一”兒童節(jié)是星期一。
問題2:1993年的元旦是星期五,1994年的元旦是星期幾?
這個問題也難不倒我們.因為,1993年有365天,而365=7×52+1,所以1994年的元旦應(yīng)該是星期六。
問題1、2的實質(zhì)是求用7去除某一總的天數(shù)后所得的余數(shù).在日常生活中,時常要注意兩個整數(shù)用某一固定的自然數(shù)去除,所得的余數(shù)問題.這樣就產(chǎn)生了“同余”的概念.如問題1、2中的15與365除以7后,余數(shù)都是1,那么我們就說15與365對于模7同余。
同余定義:若兩個整數(shù)a、b被自然數(shù)m除有相同的余數(shù),那么稱a、b對于模m同余,用式子表示為:
a≡b(modm). (*)
上式可讀作:
a同余于b,模m。
同余式(*)意味著(我們假設(shè)a≥b):
a-b=mk,k是整數(shù),即m|(a-b).
例如:①15≡365(mod7),因為365-15=350=7×50。
、56≡20(mod9),因為56-20=36=9×4。
③90≡0(mod10),因為90-0=90=10×9。
由例③我們得到啟發(fā),a可被m整除,可用同余式表示為:a≡0(modm)。
例如,表示a是一個偶數(shù),可以寫
a≡0(mod 2)
表示b是一個奇數(shù),可以寫
b≡1(mod 2)
補充定義:若m(a-b),就說a、b對模m不同余,用式子表示是:
ab(modm)
我們書寫同余式的方式,使我們想起等式,而事實上,同余式與等式在其性質(zhì)上相似.同余式有如下一些性質(zhì)(其中a、b、c、d是整數(shù),而m是自然數(shù))。
性質(zhì)1:a≡a(mod m),(反身性)
這個性質(zhì)很顯然.因為a-a=0=m·0。
性質(zhì)2:若a≡b(mod m),那么b≡a(mod m),(對稱性)。
性質(zhì)3:若a≡b(mod m),b≡c(mod m),那么a≡c(mod m),(傳遞性)。
性質(zhì)4:若a≡b(mod m),c≡d(mod m),那么a±c≡b±d(mod m),(可加減性)。
性質(zhì)5:若a≡b(mod m),c≡d(mod m),那么ac≡bd(mod m)(可乘性)。
性質(zhì)6:若a≡b(mod m),那么an≡bn(mod m),(其中n為自然數(shù))。
性質(zhì)7:若ac≡bc(mod m),(c,m)=1,那么a≡b(mod m),(記號(c,m)表示c與m的最大公約數(shù))。
注意同余式性質(zhì)7的條件(c,m)=1,否則像普通等式一樣,兩邊約去,就是錯的。
例如6≡10(mod 4),而35(mod 4),因為(2,4)≠1。
請你自己舉些例子驗證上面的性質(zhì)。
同余是研究自然數(shù)的性質(zhì)的基本概念,是可除性的符號語言。
例1 判定288和214對于模37是否同余,74與20呢?
解:∵288-214=74=37×2。
∴288≡214(mod37)。
∵74-20=54,而3754,
∴7420(mod37)。
例2 求乘積418×814×1616除以13所得的余數(shù)。
分析 若先求乘積,再求余數(shù),計算量太大.利用同余的性質(zhì)可以使“大數(shù)化小”,減少計算量。
解:∵418≡2(mod13),
814≡8(mod13),1616≡4(mod13),
∴ 根據(jù)同余的性質(zhì)5可得:
418×814×1616≡2×8×4≡64≡12(mod13)。
答:乘積418×814×1616除以13余數(shù)是12。
例3 求14389除以7的余數(shù)。
分析 同余的性質(zhì)能使“大數(shù)化小”,凡求大數(shù)的余數(shù)問題首先考慮用同余的性質(zhì)化大為小.這道題先把底數(shù)在同余意義下變小,然后從低次冪入手,重復(fù)平方,找找有什么規(guī)律。
解法1:∵143≡3(mod7)
∴14389≡389(mod 7)
∵89=64+16+8+1
而32≡2(mod 7),
34≡4(mod7),
38≡16≡2(mod 7),
316≡4(mod 7),
332≡16≡2(mod 7),
364≡4(mod 7)。
∵389≡364·316·38·3≡4×4×2×3≡5(mod 7),
∴14389≡5(mod 7)。
答:14389除以7的余數(shù)是5。
解法2:證得14389≡389(mod 7)后,
36≡32×34≡2×4≡1(mod 7),
∴384≡(36)14≡1(mod 7)。
∴389≡384·34·3≡1×4×3≡5(mod 7)。
∴14389≡5(mod 7)。
例4 四盞燈如圖所示組成舞臺彩燈,且每30秒鐘燈的顏色改變一次,第一次上下兩燈互換顏色,第二次左右兩燈互換顏色,第三次又上下兩燈互換顏色,…,這樣一直進(jìn)行下去.請問開燈1小時四盞燈的顏色如何排列?
分析 與解答經(jīng)觀察試驗我們可以發(fā)現(xiàn),每經(jīng)過4次互換,四盞燈的顏色排列重復(fù)一次,而1小時=60分鐘=120×30秒,所以這道題實質(zhì)是求120除以4的余數(shù),因為120≡0(mod 4),所以開燈1小時四盞燈的顏色排列剛好同一開始一樣。
十位,…上的數(shù)碼,再設(shè)M=a0+a1+…+an,求證:N≡M(mod 9)。
分析 首先把整數(shù)N改寫成關(guān)于10的冪的形式,然后利用10≡1(mod 9)。
又∵ 1≡1(mod 9),
10≡1(mod 9),
102≡1(mod 9),
…
10n≡1(mod 9),
上面這些同余式兩邊分別同乘以a0、a1、a2、…、an,再相加得:
a0+a1×10+a2×102+…+an×10n
≡a0+a1+a2+…+an(mod 9),
即 N≡M(mod 9).
這道例題證明了十進(jìn)制數(shù)的一個特有的性質(zhì):
任何一個整數(shù)模9同余于它的各數(shù)位上數(shù)字之和。
以后我們求一個整數(shù)被9除的余數(shù),只要先計算這個整數(shù)各數(shù)位上數(shù)字之和,再求這個和被9除的余數(shù)即可。
例如,求1827496被9除的余數(shù),只要先求(1+8+2+7+4+9+6),再求和被9除的余數(shù)。
再觀察一下上面求和式.我們可以發(fā)現(xiàn),和不一定要求出.因為和式中1+8,2+7,9被9除都余0,求余數(shù)時可不予考慮.這樣只需求4+6被9除的余數(shù).因此,1827496被9除余數(shù)是1。
有人時常利用十進(jìn)制數(shù)的這個特性檢驗幾個數(shù)相加、相減、相乘的結(jié)果對不對,這種檢查方法叫:棄九法。
棄九法最經(jīng)常地是用于乘法.我們來看一個例子。
用棄九法檢驗乘式5483×9117≡49888511是否正確?
因為 5483≡5+4+8+3≡11≡2(mod 9),
9117≡9+1+1+7≡0(mod 9),
所以 5483×9117≡2×0≡0(mod 9)。
但是 49888511≡4+9+8+8+8+5+1+1
≡8(mod9),
所以 5483×9117≠49888511,即乘積不正確。
要注意的是棄九法只能知道原題錯誤或有可能正確,但不能保證一定正確。
例如,9875≡9+8+7+5≡2(mod 9),
4873≡4+8+7+3≡4(mod 9),
32475689≡3+2+4+7+5+6+8+9
≡8(mod 9),
這時,9875×4873≡2×4≡32475689(mod 9)。
但觀察個位數(shù)字立刻可以判定9875×4873≠32475689.因為末位數(shù)字5和3相乘不可能等于9。
棄九法也可以用來檢驗除法和乘方的結(jié)果。
例6 用棄九法檢驗下面的計算是否正確:
23372458÷7312=3544。
解:把除式轉(zhuǎn)化為:
3544×7312=23372458。
∵ 3544≡3+5+4+4≡7(mod 9),
7312≡7+3+1+2≡4(mod 9),
∴ 3544×7312≡7×4≡1(mod 9),
但 23372458≡2+3+3+8≡7(mod 9)。
而 17(mod 9)
∴ 3544×7312≠23372458,
即 23372458÷7312≠3544。
例7 求自然數(shù)2100+3101+4102的個位數(shù)字。
分析 求自然數(shù)的個位數(shù)字即是求這個自然數(shù)除以10的余數(shù)問題。
解:∵2100≡24×25≡625≡6(mod 10),
3101≡34×25·31≡125·31≡3(mod 10),
4102≡(22)100·42≡6·6≡6(mod 10),
∴ 2100+3101+4102≡6+3+6≡5(mod 10),
即自然數(shù)2100+3101+4102的個位數(shù)字是5.