第七讲:同余式与不定方程

温柔似野鬼°
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2021年02月13日 22:46
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2021年2月13日发(作者:鸡一)


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第七讲:同余式与不定方程



同余式和 不定方程是数论中古老而富有魅力的内容


.


考虑数学竞赛的需要


,


下面介绍有关


的基本内容

< p>
.


1


.



同余式及其应用



定义


:


设


a


、

b


、


m


为整数(

< br>m


>


0


),若

< br>a


和


b


被


m


除得的余数相同,则称


a


和


b


对模


m


同余


.


记为





或






一切整数


n


可以按照某个自然数


m


作为除数的余数进行分类,即







(





,



,



,





),恰好


m


个数类


.


于是同余的概念可理解为


,


若对


n


1


、


n


2


,有


n


1

< p>
=q


1


m+r


,


n


2


=q


2

< p>
m+r


,那么


n


1


、


n


2


< p>
对模


m


的同余,即它们用


m


除所得的余数相等


.


利用整数的剩 余类表示


,


可以证明同余式的下述简单性质

:


(1)


若





,


则





).


反过来


,


若





,


则





;


(2)


如果







k


为整数


),


则





;


(3)


每个整数恰与


0,1,…


,


m-1


,这


m


个整数中的某一个对模


m


同余;



(4)


同余关系是一种等价关系:



①



反身性






;



②



对称性





,则





,反之亦然


.


③



传递性





,





,则





;



(


5


)如果





,





,则



①












;



②





特别地









应用同余式的上述性质,可以解决许多有关整数的问题


.


例


1


求使






能被< /p>


3


整除的一切自然数


n.



【解析】


∵






∴











则











< br>∴当


n


为奇数时,






能被


3


整除;



当


n


为偶数时,






不 能被


3


整除


.



例


2



求


2


999


最 后两位数码


.


【解析】


< p>
考虑用


100


除


2


999


所得的余数


.


∵









∴



















又












∴
































∴


























< p>
∴


2


999


的最后两位数 字为


88.



例


3



求证







能被


5


整除


.


【解析】



∵












































∴




















∴










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2


.不定方程



不定方程的问题主要有两大类:


判断不定方程有无整数解或解的个数;


如果不定方程有


整数解,采取正确的方法,求出全部整数解

.


(1)


不定方程解的判定



如果方程的两端对 同一个模


m(


常数


)

< br>不同余


,


显然


,


这个方程必无整数解


.


而方程如有解则


解必为奇数、


偶数两种,


因而可以在奇偶性分析的基础 上应用同余概念判定方程有无整数解


.


例


4



证明方程









无整数解


.


【解析】



∵








< /p>


,显然


y


为奇数


.


①



若


x


为偶数,则

























∴









,








< br>∵方程两边对同一整数


8


的余数不等,

< br>


∴


x


不能为偶数


.


②



若


x


为奇数,则







但









∴


x


不能为 奇数


.


因则原方程无整数解


.


说明


:


用整数的整除性来判定方程有无整数解


,


是我们解答这类问题的常用方法


.



例


5



不存在整数


x,y


使方程












①



【解析】



如果有整数


x


,


y


使方程①成立,则


























知








能被


17


整 除。设









,其中


a


是



,




,




,




,




,




,




,




,




中的某个数,


但是这时

























,而






被


17


整除 得的余数分别是


5


,


6


,


9


,


14

< br>,


4


,


13

,


7


,


3


,


1


,即在任何情况下








都不能被


17


整除,这与它能被


17


整


除矛盾


.


故不存在整数


x


,


y


使①成立


.



例


6



满足方程










的正整数对




的个数是(



)


.


(


A


)


0





(


B


)


1



(


C


)


2




(


D


)无限个





(


E


)上述结论都不对



【解析】


由










得










,所以只要





为自然数的平方,则方程必有正








整数解


.


令








k


为自然数


),


则



为方程的一组通解

< p>
.


由于自然数有无限多









个


,


故满足 方程的正整数对




有无限多个


,


应选


(D).

说明


:


可用写出方程的一组通解的方法

,


判定方程有无数个解


.



(2)


不定方程的解法



不定方程没有统一的解法


,


常用的特殊方法 有


:


配方法、因式(质因数)分解法、不等式

< br>法、奇偶分析法和余数分析法


.


对方程进行适当的变形< /p>


,


并正确应用整数的性质是解不定方程


的 基本思路


.


例


7



求方程











的整数解


.


【解析】


(


配方法


)


原方程配方得












.

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