Остатки и сравнения по модулю
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Конфеты пытались раздать по по
по
и по
конфет, но каждый раз оставалась одна лишняя конфета. Сколько конфет было
всего, если известно, что их было точно больше одной, но меньше
Пусть — количество конфет. По условию задачи:
То есть число делится на 2, 3, 4 и 5. Так как числа 3, 4 и 5 не имеют общих делителей, можно сделать вывод, что число
делится на
то есть число
даёт остаток 1 при делении на 60. Среди чисел, больших 1, но меньших 100, есть всего одно число,
удовлетворяющее данному условию — это число 61.
61
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Даша и Ксюша делят одно и то же натуральное число с остатком. Даша делит его на а Ксюша на
Частное, которое получила Даша,
и остаток, который получила Ксюша, в сумме дают
Какой остаток получился у Даши?
Запишем условие задачи в виде системы:
Приравняем правые части уравнений:
Так как левая часть уравнения делится на 9, то также делится на 9, то есть 13 и
дают одинаковые остатки при
делении на 9. Так как
то
даёт остаток 4 при делении на 9. Учитывая ограничение
получаем
4
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что для каждого натурального число
— составное.
Заметим, что поэтому
Если чётное, то
и выражение сравнимо с
то есть делится на 3.
Если нечётное, то
и выражение сравнимо с
то есть делится на 5.
Так как при любом значение
то делимость на 3 или 5 означает, что оно составное.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите все пары натуральных чисел такие, что
делится на
Если то
делится на
то есть
делится на
Это возможно только при
Пусть теперь числа не равны, и не умаляя общности, Тогда
делится на
значит,
должно делиться на
но
Противоречие.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Около таверны стоят 100 эльфов, 100 гномов и 100 орков. Сначала в неё заходят 10 эльфов, 10 гномов и 10 орков. Затем каждую минуту из неё выходит одно существо и тут же заходит другое, причём всегда после выхода эльфа заходит гном, после выхода гнома — орк, а после выхода орка — эльф. Могло ли оказаться так, что в какой-то момент в таверне побывали все возможные компании из 30 существ ровно по одному разу? Все 300 существ различны.
Источники:
Подсказка 1
Простым шагом будет вычислить количество всевозможных компаний из 30 существ. Не совсем ясно, зачем нам дан порядок выхода из таверны, как это можно перенести на математический язык?
Подсказка 2
Посмотрим на остаток разности количества эльфов и количества гномов при делении на 3, пусть это будет тип компании. Что можно сказать про компании относительно этой характеристики?
Подсказка 3
Докажем, что компаний с типом 1 и с типом 2 равное количество. А как компании чередуются относительно типа?
Подсказка 4
Вспомним, что мы знаем общее количество компаний из 30 существ, значит, нам известен и остаток при делении на 3. Попробуйте увидеть противоречие.
Первое решение.
Назовём типом компании остаток разности количества эльфов и количества гномов при делении на три. Заметим, что компаний типа 1 и
2 одинаковое количество, так как между ними можно построить взаимооднозначное соответствие: пронумеруем эльфов и гномов от 1 до 100
и поменяем одних на других с теми же номерами. Далее заметим, что компании меняются по циклу причём, так как
компаний типов 1 и 2 поровну, мы не можем закончить на 1, то есть количество всех компаний не может давать остаток 2 при делении на 3.
Вычислим
по модулю 3.
Противоречие, значит, так оказаться не могло.
Замечание. Есть другой способ посчитать остаток при делении на 3. Теорема Люка утверждает, что если
— простое число, а
числа
и
записываются в
-ичной системе счисления как
и
то
Запишем 300 и 30 в
троичной системе счисления:
и
Таким образом,
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Второе решение.
Как и в прошлом решении разделим все компании на три типа. Если описанное в задаче возможно, то количества компаний разных типов
отличается не более чем на 1, так как типы компаний меняются по циклу. Пронумеруем представителей всех рас от 1 до 100. Разобьем на
тройки все компании, в которых множества номеров хотя бы каких-то двух рас различны, следующим образом. Возьмем некую компанию
данного вида и рассмотрим максимальный номер, представленный хотя бы одной, но не всеми расами. Дважды прокрутим всех существ с
этим номером, поменяв каждое существо на существо следующей расы с таким же номером. Легко видеть, что исходная и две полученные
компании различных типов, причем с помощью данной операции они могут быть получены только друг из друга. При этом все
компании не данного вида, коих всего имеют тип 0, то есть компаний типа 0 ровно на
больше, чем других —
противоречие.
Не могло
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Натуральное число при делении на
дало в остатке
при делении на
оно дало в остатке также
Каков остаток от
деления числа
на
Если число при делении на 1981 дало остаток 35, его можно записать в следующем виде:
Аналогично для деления на 1982:
Приравняем эти выражения:
Так как правая часть делится на 2, должно быть четным. Заметим, что 1981 кратно 7, следовательно,
кратно 14. Посмотрим
на остаток
при делении на 14:
Следовательно, остаток от деления на 14 равен 7.
7
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что в любой “таблице умножения” вычетов по простому модулю в каждой строке все остатки различны.
Нам нужно показать, что при простом и
все вычеты
будут различны. Предположим, что это не так и
нашлись такие
что
Перенесём всё в левую часть:
Тогда или делится на
что не выполняется по условию, или
делится на
чего так же не может быть, поскольку
Значит, все остатки в строчке таблицы умножения различны, что и требовалось доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что делится на
Поскольку будем доказывать делимость на
и
Заметим, что 3000 делится на 6, 10 и 12, а 300
взаимно просто с 1001. Значит, для каждого из
по малой теореме Ферма
Тогда делится на 7, 11 и 13, а значит, и на их произведение, что и требовалось доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что если — простое, то число
делится на
Запишем число, состоящее из единицы как
Тогда из малой теоремы Ферма и условия
получаем, что
делится на
Поскольку
после деления на 9 делимость сохранится, что и требовалось доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Является ли простым число
Заметим, что
Рассмотрим выражение из условия по простому модулю 101. По малой теореме Ферма
Тогда число делится на 101, при этом оно, очевидно, больше, чем 101. Значит, значение выражения является составным числом.
нет
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
При каких натуральных число
делится на 323?
__________________________________________________________________________________________________
Лемма. Число кратно числу
где
— натуральные,
— неотрицательное целое.
Доказательство. По формуле сокращенного умножения
Значит, кратно
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Заметим, что при этом 17 и 19 взаимнопростые, откуда число делится на 323 тогда и тогда тогда, когда оно делится на 17
и на 19.
Для начала рассмотрим делимость на 17. По лемме кратно
то есть наше число делится на 17 тогда, когда
кратно 17. При этом
то есть
кратно 17 только при чётном
Теперь рассмотрим делимость на 19. По лемме делится на
а при
число
делится на
Итак, исходное число делится на 323 при чётных
При четных
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Пусть числа и
взаимно просты. Докажите, что при делении чисел от 1 до
на
и на
получаются все возможные пары
остатков.
Рассмотрим произвольную пару остатков где
и
По китайской теореме об остатках для взаимно простых
и
существует единственное число
такое, что:
причём
Таким образом, для каждой пары остатков найдётся ровно одно число
в промежутке от
до
дающее при делении на
остаток
а при делении на
— остаток
Всего возможных пар остатков ровно
так как
может принимать
различных значений, а
—
различных
значений. Поскольку числа
и
взаимно просты, все эти пары различны и покрывают все числа от
до
без
повторений.
Следовательно, при делении чисел от до
на
и на
получаются все возможные пары остатков, что и требовалось
доказать.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
При каких целых число
делится на
Чтобы число делилось на
оно должно делиться и на
и на
Сначала рассмотрим делимость на :
Отсюда
Для делимости на :
Отсюда или
Для и
по китайской теореме об остатках существует единственное решение при
не трудно
заметить, что это 46.
Для и
по китайской теореме об остатках существует единственное решение при
не трудно
заметить, что это 6.
или
где
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что для каждого натурального существуют натуральные
и
такие, что
делится на
Заметим, что достаточно доказать утверждение для случая, когда — степень простого числа. Тогда для произвольного
с
разложением
можно решить задачу по каждому модулю а затем по китайской теореме об остатках совместить решения в одно по модулю
После этого легко подобрать натуральные
и
прибавив к ним по необходимости кратные
Таким образом, остаётся рассмотреть случаи где
— простое.
Рассмотрим сначала модуль Число
взаимно просто с
то есть
а значит, существует обратный к
по модулю
Возьмём
Тогда
Аналогично в модуле число
обратимо, поскольку
Возьмём
и
Тогда
Если то также
и можно взять
что снова даёт
Для каждого простого делителя числа
мы построили пару
таких что
По китайской теореме об остатках существует пара такая что
для всех и при этом
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что не существует натурального такого, что
является простым.
Подсказка 1.
Как можно проверять, что число не является простым?
Подсказка 2.
Можно, например, проверить, что оно делится на два различных числа, которые больше 1. Давайте попробуем это сделать. Но у нас многочлен, поэтому проверять делимость на числа, может оказаться не очень полезным... Но что же тогда надо проверять?
Подсказка 3.
Правильно! Давайте проверять делимость на многочлены первой степени от a! Попробуйте перебрать самые простые из них и понять, делится ли наш исходный многочлен на них.
Подсказка 4.
На самом деле наш многочлен делится на a + 1 и a − 1. К сожалению, задача пока не решилась. Какое условие на a позволит нам сказать, что мы решили задачу? А остальные a переберём и проверим прямой подстановкой.
Докажем, что
делится на в смысле делимости многочленов от
Поскольку
имеем
Аналогично можно показать, что исходный многочлен делится и на Таким образом, единственный случай, когда наше число
является простым, возможен лишь при
то есть при
или
При
число
поэтому исходное число не является простым. Пусть Тогда исходное число равно
а, с другой стороны, оно должно быть равно 3. Ясно, что это не так, поскольку
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
(a) Заметим, что Следовательно,
Откуда и следует утверждение.
(b) Как мы поняли в пункте (a), остаток от деления равен Поэтому хотим найти
такое, что
делится на
Это
возможно только при
(b)
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Существует ли непостоянный многочлен с целыми коэффициентами, значения которого во всех целых точках являются простыми числами?
Предположим, что такой многочлен существует. Обозначим его через Тогда
для некоторого целого
и простого
(возьмём
составным). Заметим, что тогда
Следовательно, для любого натурально
так как другого простого числа, которое делится на
не
существует. В силу непостоянности многочлена, он не может принимать в бесконечном количестве точек одно значение.
Противоречие.
нет
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Полезное следствие из КТО. Докажите, что для любых попарно взаимно простых чисел и остатков
по
модулям
найдутся
последовательных чисел
таких, что
Потребуем, чтобы для некоторых подряд идущих чисел
выполнялось
при всех
Это равносильно системе сравнений для одного числа :
Модули попарно взаимно просты, значит, по Китайской теореме об остатках система имеет решение Тогда числа
…,
дают нужные остатки.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что найдутся последовательных натуральных чисел, каждое из которых имеет по меньшей мере три различных простых
делителя.
Возьмём первые простых чисел
…,
Потребуем, чтобы каждое из чисел
…,
делилось хотя бы на
три различных простых числа. Зададим систему сравнений:
Модули попарно просты, поэтому по следствию из КТО существует решение причём
можно взять натуральным. Тогда для
каждого
…,
число
кратно трём попарно различным простым числам
следовательно, имеет по
меньшей мере три различных простых делителя.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
(a) Пусть Предположим, что существует лишь конечное множество простых чисел, которые делят хотя бы одно
значение
Обозначим их
…,
Рассмотрим произведение
Тогда для любого
и потому
Значит, ни одно из простых …,
не делит
Следовательно, у
найдётся простой делитель, отличный
от
…,
Получили противоречие. Таким образом, простых, которые встречаются в значениях
бесконечно
много.
(b) Из пункта (a) мы знаем, что таких простых бесконечно много. Выберем любые различных простых
…,
для
которых
при некоторых
Заметим, что для любого целого
Потребуем следующую систему сравнений:
Так как простые …,
попарно различны, система имеет решение по Китайской теореме об остатках. Для такого
имеем
и значит, делится как минимум на
различных простых чисел.