2019-2020年高考數(shù)學(xué)回歸課本 整數(shù)問(wèn)題教案 舊人教版.doc

2019-2020年高考數(shù)學(xué)回歸課本 整數(shù)問(wèn)題教案 舊人教版一、常用定義定理1整除：設(shè)a,bZ,a0，如果存在qZ使得b=aq，那么稱(chēng)b可被a整除，記作a|b，且稱(chēng)b是a的倍數(shù),a是b的約數(shù)。b不能被a整除，記作a b.2.帶余數(shù)除法：設(shè)a,b是兩個(gè)給定的整數(shù)，a0，那么，一定存在唯一一對(duì)整數(shù)q與r，滿(mǎn)足b=aq+r,0r<|a|，當(dāng)r=0時(shí)a|b。3輾轉(zhuǎn)相除法：設(shè)u0,u1是給定的兩個(gè)整數(shù)，u10，u1 u0,由2可得下面k+1個(gè)等式：u0=q0u1+u2,0<u2<|u1|；u1=q1u2+u3,0<u3<u2；u2=q2u3+u4,0<u4<u3；uk-2=qk-2u1+uk-1+uk,0<uk<uk-1；uk-1=qk-1uk+1,0<uk+1<uk；uk=qkuk+1.4由3可得：（1）uk+1=(u0,u1)；（2）d|u0且d|u1的充要條件是d|uk+1；（3）存在整數(shù)x0,x1，使uk+1=x0u0+x1u1.5算術(shù)基本定理：若n>1且n為整數(shù)，則，其中pj(j=1,2,k)是質(zhì)數(shù)（或稱(chēng)素?cái)?shù)），且在不計(jì)次序的意義下，表示是唯一的。6同余：設(shè)m0,若m|(a-b)，即a-b=km，則稱(chēng)a與b模同m同余，記為ab(modm)，也稱(chēng)b是a對(duì)模m的剩余。7完全剩余系：一組數(shù)y1,y2,ys滿(mǎn)足：對(duì)任意整數(shù)a有且僅有一個(gè)yj是a對(duì)模m的剩余，即ayj(modm)，則y1,y2,ys稱(chēng)為模m的完全剩余系。8Fermat小定理：若p為素?cái)?shù)，p>a,(a,p)=1，則ap-11(modp)，且對(duì)任意整數(shù)a,有apa(modp).9若(a,m)=1，則1(modm),(m)稱(chēng)歐拉函數(shù)。10（歐拉函數(shù)值的計(jì)算公式）若，則(m)=11（孫子定理）設(shè)m1,m2,mk是k個(gè)兩兩互質(zhì)的正整數(shù)，則同余組：xb1(modm1),xb2(modm2),xbk(modmk)有唯一解，xM1b1+M2b2+Mkbk(modM)，其中M=m1m2mk；=，i=1,2,k；1(modmi),i=1,2,k.二、方法與例題1奇偶分析法。例1 有n個(gè)整數(shù)，它們的和為0，乘積為n，（n>1），求證：4|n。證明 設(shè)這n個(gè)整數(shù)為a1,a2,an，則a1,a2,an=n， a1+a2+an=0。 首先n為偶數(shù)，否則a1,a2,an均為奇數(shù)，奇數(shù)個(gè)奇數(shù)的和應(yīng)為奇數(shù)且不為0，與矛盾，所以n為偶數(shù)。所以a1,a2,an中必有偶數(shù)，如果a1,a2,an中僅有一個(gè)偶數(shù)，則a1,a2,an中還有奇數(shù)個(gè)奇數(shù)，從而a1+a2+an也為奇數(shù)與矛盾，所以a1,a2,an中必有至少2個(gè)偶數(shù)。所以4|n.2不等分析法。例2 試求所有的正整數(shù)n，使方程x3+y3+z3=nx2y2z2有正整數(shù)解。解 設(shè)x,y,z為其正整數(shù)解，不妨設(shè)xyz，則由題設(shè)z2|(x3+y3)，所以z2x3+y3，但x3xz2,y3yz2，因而z=nx2y2-nx2y2-(x+y)，故x3+y3z2nx2y2-(x+y)2，所以n2x4y42nx2y2(x+y)+x3+y3，所以nxy<。若x2，則4nxy<3，矛盾。所以x=1，所以ny<，此式當(dāng)且僅當(dāng)y3時(shí)成立。又z2|(x3+y3)，即z2|(1+y3)，所以只有y=1,z=1或y=2,z=3，代入原方程得n=1或3。3無(wú)窮遞降法。例3 確定并證明方程a2+b2+c2=a2b2的所有整數(shù)解。解 首先(a,b,c)=(0,0,0)是方程的整數(shù)解，下證該方程只有這一組整數(shù)解。假設(shè)(a1,b1,c1)是方程的另一組整數(shù)解，且a1,b1,c1不全為0，不妨設(shè)a10,b10,c10且，由1或0(mod4)知a1,b1,c1都是偶數(shù)(否則(mod4)，從而是 方程x2+y2+z2=2x2y2的一組整數(shù)解，且不全為0，同理可知也都是偶數(shù)為方程x2+y2+z2=24x2y2的解。這一過(guò)程可以無(wú)限進(jìn)行下去，另一方面a1,b1,c1為有限的整數(shù)，必存在kN,使2k>a1,2k>b1,2k>c1，從而不是整數(shù)，矛盾。所以該方程僅有一組整數(shù)解(0,0,0).4特殊模法。例4 證明：存在無(wú)窮多個(gè)正整數(shù)，它們不能表示成少于10個(gè)奇數(shù)的平方和。證明 考慮形如n=72k+66,kN的正整數(shù)，若，其中xi為奇數(shù)，i=1,2,s且1s9。因?yàn)閚2(mod8)，又1(mod8)，所以只有s=2.所以，又因?yàn)?或0(mod3)，且3|n，所以3|x1且3|x2，所以9|n。但n=72k+663(mod9)，矛盾。所以n不能表示成少于10個(gè)奇數(shù)的平方和，且這樣的n有無(wú)窮多個(gè)。5最小數(shù)原理。例5 證明：方程x4+y4=z2沒(méi)有正整數(shù)解。證明 假設(shè)原方程有一組正整數(shù)解(x0,y0,z0)，并且z0是所有正整數(shù)解z中最小的。因此，則a2-b2,=2ab,z0=a2+b2，其中(a,b)=1,a,b一奇一偶。假設(shè)a為偶數(shù)，b為奇數(shù)，那么(mod4)，而(mod4)，矛盾，所以a為奇數(shù)，b為偶數(shù)。于是，由得x0=p2-q2,b=2pq,a=p2+q2（這里(p,q)=1,p>q>0,p,q為一奇一偶）。從而推得，因?yàn)閜,q,p2+q2兩兩互質(zhì)，因此它們必須都是某整數(shù)的平方，即p=r2,q=s2,p2+q2=t2，從而r4+s4=t2，即(r,s,t)也是原方程的解，且有t<t2=p2+q2=a<a2+b2=z，這與z的最小性矛盾，故原方程無(wú)正整數(shù)解。6整除的應(yīng)用。例6 求出所有的有序正整數(shù)數(shù)對(duì)(m,n)，使得是整數(shù)。解 （1）若n=1,則是整數(shù)，所以m-1=1或2，所以(m,n)=(2,1),(3,1).（2）若m=1,則，所以n-1=1或2，所以(m,n)=(1,2),(1,3).（3）若m>1，n>1，因?yàn)槭钦麛?shù)，所以也是整數(shù)，所以m,n是對(duì)稱(chēng)的，不妨設(shè)mn，）若m=n，則為整數(shù)，所以n=2,m=2.）若m>n，因?yàn)閚3+11(modn),mn-1-1(modn)，所以-1(modn).所以存在kN，使kn-1=,又kn-1=所以(k-1)n<1+,所以k=1，所以n=1=,所以所以n-1=1或2，所以(m,n)=(5,3)或(5,2).同理當(dāng)m<n時(shí)，有(m,n)=(2,5),(3,5).綜上(m,n)=(1,2),(2,1),(1,3),(3,1),(2,2),(2,5),(5,2),(3,5),(5,3).7進(jìn)位制的作用例7 能否選擇1983個(gè)不同的正整數(shù)都不大于105，且其中沒(méi)有3個(gè)正整數(shù)是等差數(shù)列中的連續(xù)項(xiàng)？證明你的結(jié)論。解 將前105個(gè)自然數(shù)都表示為三進(jìn)制，在這些三進(jìn)制數(shù)中只選取含數(shù)字0或1（而不含數(shù)字2）的數(shù)組成數(shù)集T，下證T中的數(shù)符合要求。（1）因?yàn)?10<105<311,所以前105個(gè)自然數(shù)的三進(jìn)制至多由11個(gè)數(shù)字組成，因而T中的元素個(gè)數(shù)共有1+2+22+210=211-1=2047>1983（個(gè)）。這是因?yàn)門(mén)中的k位數(shù)的個(gè)數(shù)相當(dāng)于用0，1這兩個(gè)數(shù)在k-1個(gè)位置上可重復(fù)的全排列數(shù)（首位必須是1），即2k-1,k=1,2,11.（2）T中最大的整數(shù)是1+3+32+310=88573<105。（3）T中任意三個(gè)數(shù)不組成等差排列的三個(gè)連續(xù)項(xiàng)。否則，設(shè)x,y,zT,x+z=2y，則2y必只含0和2，從而x和z必定位位相同，進(jìn)而x=y=z，這顯然是矛盾的。三、習(xí)題精選1試求所有正整數(shù)對(duì)(a,b)，使得(ab-a2+b+1)|(ab+1).2設(shè)a,b,cN+，且a2+b2-abc是不超過(guò)c+1的一個(gè)正整數(shù)，求證：a2+b2-abc是一個(gè)完全平方數(shù)。3確定所有的正整數(shù)數(shù)對(duì)(x,y)，使得xy，且x2+1是y的倍數(shù)，y2+1是x的倍數(shù)。4求所有的正整數(shù)n，使得存在正整數(shù)m,(2n-1)|(m2+9).5求證：存在一個(gè)具有如下性質(zhì)的正整數(shù)的集合A，對(duì)于任何由無(wú)限多個(gè)素?cái)?shù)組成的集合，存在k2及正整數(shù)mA和nA，使得m和n均為S中k個(gè)不同元素的乘積。6求最小的正整數(shù)n(4)，滿(mǎn)足從任意n個(gè)不同的整數(shù)中能選出四個(gè)不同的數(shù)a,b,c,d使20|(a+b-c-d).7.對(duì)于正整數(shù)a,n,定義Fn(a)=q+r，其中q,r為非負(fù)整數(shù)，a=qn+r且0rn，求最大正整數(shù)A，使得存在正整數(shù)n1,n2,n6，對(duì)任意正整數(shù)aA，都有=1，并證明你的結(jié)論。8設(shè)x是一個(gè)n位數(shù)，問(wèn)：是否總存在非負(fù)整數(shù)y9和z使得10n+1z+10x+y是一個(gè)完全平方數(shù)？證明你的結(jié)論。9設(shè)a,b,c,dN+,且a>b>c>d,ac+bd=(b+d+a-c)(b+d-a+c)。證明：ab+cd不是素?cái)?shù)。