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整除与带余除法

核心概念

整除:设 a, ba,\ b 是整数且 b0b \neq 0。如果存在整数 qq,使得 a=bqa = bq,就说 bb 整除 aa,记作 bab \mid a,称 bbaa约数(因数),aabb倍数。否则记作 bab \nmid a

带余除法:对任意整数 aa 和正整数 bb,存在唯一的一对整数 q, rq,\ r,使得

a=bq+r,0r<b.a = bq + r,\qquad 0 \le r < b.

这里 qq,rr余数bab \mid a 当且仅当 r=0r = 0

整除的基本性质(设下列除数均非零):

  • 传递性:若 aba \mid bbcb \mid c,则 aca \mid c;
  • 线性组合:若 aba \mid baca \mid c,则对任意整数 m, nm,\ na(mb+nc)a \mid (mb + nc);
  • 放大:若 aba \mid b,则 abca \mid bc 对任意整数 cc 成立。

直观理解 · 动手试试

整除的核心是"没有零头"。把 aa 个物体每 bb 个分成一堆,qq 是堆数,rr 是剩下分不满一堆的零头。整除就是"恰好分完,零头为 00"。

"线性组合"性质是数论里最常用的武器:如果 aa 同时整除两个数,它就整除这两个数任意整数倍的和与差。很多"求证某式能被 77 整除"的题,本质都是把目标式拆成 77 的倍数的线性组合

带余除法

23 个每 5 个分一堆

23 = 5 × 4 + 3商 q = 4,余数 r = 30 ≤ 3 < 5
23
5

绿色是分满的整堆(共 4堆),红色是分不满一堆的零头。余数 r 永远满足 0 ≤ r < b。

例题 1用线性组合证整除

设整数 dd 同时整除 3n+43n+42n+32n+3,求 dd 的所有可能值。

这说明 3n+43n+42n+32n+3 对任意整数 nn互质

查看解答步骤

答: d ∣ 1,故 d = 1

例题 2带余除法定形

证明:任何整数的平方除以 33 的余数只能是 0011

查看解答步骤

答: r ∈ {0,1,2},平方后余数 ∈ {0,1}

即时练习

100100 除以 1313 的余数是多少?

13×7=9113\times 7 = 91,10091=9100 - 91 = 9,且 09<130 \le 9 < 13,所以余数是 99

aba \mid baca \mid c,下列一定成立的是?

a(5b2c)a \mid (5b - 2c)a(b/c)a \mid (b/c)bcabc \mid aa(b+c+1)a \mid (b + c + 1)

线性组合性质保证 a(5b2c)a \mid (5b-2c)。其余选项都没有依据。

    一个整数的平方除以 44 的余数只能是 0011

    偶数 2k2k 的平方 4k24k^200;奇数 2k+12k+1 的平方 4k2+4k+14k^2+4k+111

    带余除法 a=bq+ra = bq + r 中,余数 rr 必须满足?

    0r<b0 \le r < b0<rb0 < r \le brr 可以是任意整数rr 必须小于 qq

    余数的标准范围是 0r<b0 \le r < b,这保证了 q, rq,\ r 的唯一性。

      123123 除以 77 的余数是多少?

      7×17=1197\times17 = 119,123119=4123 - 119 = 4

      0r<30\le r<3 的规定,7-7 除以 33 的余数是多少?

      7=3×(3)+2-7 = 3\times(-3) + 2,余数为 22

      易错点

      • 把"bbaa 的约数"和"aabb 的约数"搞反。 bab \mid a 读作"bb 整除 aa",意思是 aabb 的倍数。
      • 忽略余数的范围。 7=3×(3)+2-7 = 3\times(-3) + 2,余数是 22(不是 1-1),因为要求 0r<30 \le r < 3
      • 以为整除性质对除法也成立。 整除对加减、整数倍封闭,但对相除不封闭。

      下一步

      前置知识点