Остатки и сравнения по модулю → .01 Базовый аппарат сравнений по модулю
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Коля выписал каждый натуральный делитель числа по одному разу, после чего покрасил некоторые из них в красный цвет, а
остальные — в синий. При этом он действовал так, чтобы разность между суммой всех красных делителей и суммой всех синих делителей
оказалась минимально возможным (при данном
) положительным числом. Какими могут оказаться две последние цифры этой разности?
(Найдите все варианты и докажите, что других нет.)
Источники:
Подсказка 1
Разложите 2025 на простые множители. Как выглядит сумма всех его делителей? Почему максимальный делитель 2025ⁿ больше суммы остальных? Сумма делителей растёт медленнее, чем само число, из-за степеней в разложении.
Подсказка 2
Чтобы разность сумм красных и синих делителей была минимальной положительной, как нужно раскрасить делители? Что произойдёт, если покрасить только 2025 в красный, а остальные — в синий? Разность будет 2 × 2025ⁿ.
Подсказка 3
Докажите, что искомая разность = 70n + 81 (mod 100). Какие остатки при делении на 100 могут быть у 70n + 81 при разных n? Переберите n от 1 до 20. Остатки будут циклически повторяться!
Если разность равна
Пусть
Сумма всех делителей числа 2025 равна
По формуле суммы геометрической прогрессии, сумма делителей меньше, чем
Значит, максимальный делитель (само число превосходит сумму остальных, поэтому для получения минимального
положительного результата перед ним должен стоять плюс, а перед остальными делителями — минус. Получается, что ответ имеет вид
Заметим, что разность больше
то есть по крайней мере
двузначная.
1, 09, 19, 29, 39, 49, 59, 69, 79, 89, 99
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Как изменятся частное и остаток, если делимое и делитель увеличить в раз?
Пусть число даёт остаток
при делении на
то есть
Увеличим делимое в пять раз, тогда получим
Так
как по условию делитель стал равен
видим, что частное осталось неизменным, а остаток увеличился в пять раз. Важно отметить, что
так как
то есть
действительно является остатком при делении на
В силу однозначности определения
остатка полученный нами результат — единственно возможный.
Остаток увеличиться в пять раз
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Число даёт остаток
при делении на
Какой остаток оно может давать при делении на
По условию пусть частное при делении
на 15 равно
а остаток равен
то есть
Приравняем правые части
имеющихся равенств:
Заметим, что кратно пяти, а, значит,
тоже нацело делится на 5. Учитывая, что
— остаток при делении на 15, то есть
получаем три возможных варианта:
В самом деле, число имеет остаток 3 при делении на 5 и 15, число
имеет остаток 3 при делении на 5 и
остаток 8 при делении на 15, и наконец, число
имеет остаток 3 при делении на 5 и остаток 13 при делении на
15.
3; 8; 13
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
Даны простое число и три различных натуральных числа
и
таких, что
и
делятся на
Чему
может быть равно
Подсказка 1
Для начала стоит переписать условие в виде сравнений по модулю. А что получится, если все получившиеся сравнения перемножить?
Подсказка 2
Тогда получится, что (abc)² ≡ -27. Но из условия мы знаем, что (abc)² ≡ 121. Что тогда можно сказать о p?
Подсказка 3
Действительно, тогда p — простой делитель 121 - (-27) = 138. Осталось разложить на множители и найти примеры!
Давайте запишем условия на делимость в виде сравнений:
Теперь мы можем перемножить первые три сравнения и получить, что Но из условия
Значит,
является делителем числа
и может быть равен либо
либо
Для
можно взять просто
три нечётных числа
А для
существуют числа
Действительно, легко проверить, что все
сравнения выполняются, потому что по модулю
они равны
а
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Число выписали на доску
раз подряд. Получили натуральное число
Найдите остаток от деления
на
Подсказка 1
С числом из условия работать трудно, попробуйте его записать в более удобном виде.
Подсказка 2
Чем число меньше, тем проще искать его остаток. Попробуйте как-нибудь разложить изначальное число на множители и найти остатки этих множителей при делении на 9999.
Подсказка 3
Если внимательно посмотреть, то можно заметить, что это число делится на 1001. Подумайте, каким будет второй множитель и какой у него остаток при делении на 9999.
Заметим, что это число можно записать в следующем виде:
Все слагаемые в скобке сравнимы с по модулю
а значит скобка сравнима с
то есть всё число сравнимо с
Нетрудно посчитать, что
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Известно, что делится на
и
делится на
. Докажите, что
делится на
.
По условию делится на
и
делится на
Тогда
Воспользуемся свойством, что сравнения по одному модулю можно перемножить:
Значит, что делится на
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что делится на
для любого натурального
Так как
то
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Известно, что делится на
. Докажите, что
и
— тоже.
Подсказка 1
Проводить сравнения в этой задаче будем по модулю ab-b+1. Тогда по условию abc+1 ≡ 0(mod ab-b+1). Доказать же хотим, что bc-c+1≡ 0(mod ab-b+1) и что ac-a+1≡ 0(mod ab-b+1).
Подсказка 2
Одного условия мало, и пока непонятно, что делать с выражением abc+1. Но мы знаем, что число всегда делится на себя само(ноль, конечно, не учитывается). Тогда ab-b+1≡ 0(mod ab-b+1). Как можно использовать полученное сравнение?
Подсказка 3
ab-b+1≡ 0(mod ab-b+1) тоже самое, что ab≡ b - 1(mod ab-b+1).
Подсказка 4
В предыдущей подсказке получили, что bc-c+1≡ 0(mod ab-b+1), а это тоже самое, что bс≡ с-1(mod ab-b+1). Тогда аналогично предыдущей подсказке подставьте полученное сравнение в abc+1≡ 0(mod ab-b+1) и получите вторую из искомых делимостей!
Заметим, что
Значит, раз делится на
то
Следовательно, делится на
а также
Благодаря этому получаем
Следовательно, делится на
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что делится на 133 при любом натуральном
.
Подсказка 1
Рассмотрите 12² и 11² по модулю 133. Может получиться что-то красивое?
Подсказка 2
12² ≡ 11(mod 133), а 11² ≡ -12(mod 133)! Подумайте, как это можно использовать в исходном выражении 11ⁿ⁺² + 12²ⁿ⁺¹.
Подсказка 3
11ⁿ⁺² — это же 11ⁿ⋅11², а 12²ⁿ⁺¹ — это (12²)ⁿ⋅12.
Подсказка 4
Тогда, используя полученные сравнения в подсказке 2, попробуйте сделать в исходном выражении слагаемые вида 11ⁿ⋅12.
Заметим, что
Тогда
Значит, делится на 133.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Вася хочет заполнить квадратную таблицу (криптографическую мозаику) размера целыми числами от 1 до 16 по
следующему правилу. Сначала он выбирает четыре целых числа
. Затем первую строку Вася заполняет
числами
вторую строку — числами
третью
и, аналогично, четвертую
При этом числа Вася выбрать должен так, чтобы все числа в таблице оказались различными. Сумеет ли Вася это сделать?
Если да, то чему равны
?
Источники:
Подсказка 1
Видите вопрос "сможет ли...?" и сразу руки чешутся как-нибудь доказать, что не получится? :) Давайте сначала успокоимся и попробуем посмотреть на то, что от нас просят. В табличке должны получиться различные остатки по модулю 17, причем эти aᵢ очень подозрительно выглядят... 1 и 16 в сумме дают 17, 3 и 14 тоже.... Что можно сказать?
Подсказка 2
Да, в одном столбце получаются числа bᵢ + 1, bᵢ + 4, bᵢ - 4, bᵢ - 1 (mod 17). Полученная симметрия так и бросается в глаза, правда? Вот бы можно было выбрать какое-нибудь b и наглядно видеть остатки от чисел, которые оно образует... Вам же наверняка тоже не хочется долго перебирать и считать аᵢ
Подсказка 3
А что если остатки по модулю 17 изобразить по кругу? И правда, если мы выберем какое-нибудь число b из круга, то число b+r пойдет по кругу на r шагов от него в сторону увеличения, а b-r, на те же r шагов в сторону уменьшения. Получается, если выбрать какое-нибудь число b, то оно вычеркивает два числа рядом с собой и два числа на расстоянии 4. Получится ли у нас подобрать еще 3 числа так, чтобы вычеркнутые числа не пересекались?
Подсказка 4
Да, получится. Если это вызывает затруднения, заметьте, что само число b в табличку не входит, поэтому оно может быть среди вычеркнутых. Если вы пойдете по кругу от самого первого выбранного вами числа и выберете числа на расстоянии 1, 7 и 11, то у вас точно никакие вычеркнутые числа не пересекутся :)
Заметим, что
Представим остатки полученных от
в виде круга остатков. Числа получаются от
смещением на
или
шага по часовой
или против часовой стрелки в зависимости от знака.
Заметим, что важен лишь набор , а не их порядок, тогда без ограничения общности выберем пару
,
— одно из чисел
или такое число, которого нет в таблицы. Докажем, что
тогда обязательно соседняя с
.
Предположим противное, то есть что ни одна пара ,
не являются соседями (так как иначе можем взять их в качестве
,
).
случай (
): возьмём
(если все различные числа сдвинуть на одинаковое число по модулю
, то они
останутся одинаковыми, а значит мы можем взять
), в таблицу уже попали числа:
, тогда “запрещённые” позиции —
(они получены путём прибавления и вычитания
,
по модулю
к полученным клеткам в таблице), а значит,
—
, но тогда они соседи — противоречие.
случай (
): переименуем
,
в
,
и получится случай 1.
случай (
аналогично, без ограничения общности, не входит в таблицу): Все остальные числа входят, так как с каждой
в таблицу
добавляются по 4 числа. Рассмотрим число
, у нас уже "запрещены"числа
для
, иначе
входит в таблицу и
,
иначе в таблице есть повторяющиеся числа, тогда
,
получается, что
, т.е.
.
Посмотрим на “запрещённые” числа для :
, но
снова соседние.
Мы получили, что обязательно должны быть 2 соседних числа. С одной стороны, зачёркнутые ячейки на расстоянии от
и
образуют место для
и
(поскольку есть две свободные ячейки вокруг двух зачеркнутых чисел). С другой стороны, при выборе двух
, набор двух оставшихся определяется однозначно, поэтому итого вариантов выбора комбинации столько же, сколько и выбор двух подряд
идущих чисел в круге, т.е.
.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите все целые такие, что при любом натуральном
число
делится на
Подсказка 1
Давайте посмотрим на сравнения по модулю а² + а + 1. С чем будет сравнимо (а² + 1)? С чем будет сравнимо (а² + 1)¹⁰⁰?
Подсказка 2
(а² + 1) сравнимо с (-а) по модулю а²+а+1. Тогда (а² + 1)¹⁰⁰ будет сравнимо с а¹⁰⁰. Что тогда мы можем сказать про слагаемые с а? Про b?
Подсказка 3
Тогда мы можем свернуть слагаемые с а в произведение а(а⁹⁹ - 1). Давайте докажем, что это число всегда будет делиться на а² + а + 1. Но как нам это сделать?
Подсказка 4
Надо воспользоваться формулой разности кубов! Осталось лишь понять, какие b нам будут подходить. Не забудьте, что в условии написано «при любом натуральном а»!
Заметим, что сравнимо с
по модулю
а значит,
сравнимо с
Заметим, что делится на
То есть необходимое и достаточное условие — делимость
на
для любого натурального
что возможно лишь при
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Натуральные числа таковы, что
делится на
Докажите, что
— составное.
Предположим противное, тогда число
и имеет место сравнение
Из условия получим сравнение
следовательно,
что после преобразование равносильно
но тогда по крайней мере одно из чисел и
делится на
что влечет противоречие.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Пусть и
- целые числа. Докажите, что если
делится на
, то и
делится на
Так как выражение из условия делится на , то после вычитания из него
получится кратное
число.
Итак, кратно
, откуда
также делится на
, поскольку это число простое. Остаётся заметить, что
кратно
, потому также кратно
.
что и требовалось доказать
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Известно, что и
делятся на
Докажите, что
делится на
Подсказка 1
По определению, если выражение делится на m, то оно сравнимо с 0 (mod m)
Подсказка 2
С чем тогда сравнимо по модулю 13 число а? А с чем число b? Когда придет осознание, запишите сравнение по модулю 13 для ab-20cd, заменяя а и b на нужные выражения
Перепишем через сравнения по модулю и перемножим равенства
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Для какого наибольшего натурального числа число
делится на число
Заметим, что Тогда
Получается, что всегда делится на
.
По условию делится на
, а значит,
делится на
откуда
, а наибольшее
натуральное
равно
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Сумма и произведение трёх попарно взаимно простых чисел делятся на 13. Может ли их сумма квадратов также делиться на 13?
Преположим, что числа удовлетворяют условию и сумма их квадратов кратна 13. Так как 13 — простое, то хотя бы одно из этих
чисел кратно 13, но по условию они попарно взаимно просты, значит, только одно число делится на 13. Пусть это число
Тогда
, откуда
Тогда:
Получили, что тоже делится на 13, противоречие.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите остаток числа при делении на
.
Подсказка 1
Очевидно, что напрямую мы это не вычислим, значит, нужно пользоваться сравнениями. Но с тройкой не очень приятно работать по модулю 10, как можно преобразовать 3^222 в более удобный вид?
Подсказка 2
3^222 = 9^111, а с девяткой уже приятнее работать по модулю 10.
Подсказка 3
Действительно, 9 ≡ -1 (mod 10), а значит 9^111 ≡ (-1)^111 (mod 10)
Заметим, что
Осталось не забыть, что остаток при делении на 10 это целое число от 0 до 9: