例題:任意100個自然數,從中是否可找出若干個數(也可以是一個,也可以是多個),使得找出的這些數之和可以被100整除?說明理由.
讀題:
首先,讀懂題目很重要,這個題目到底是什麼意思?
條件1:任意100個自然數;
條件2:從中選出若干個(0-100個),然後求選出的數的和;
條件3:確定這個和是否能整除100.
分析:
100太大,先從小一些的數分析.
整除2:如果是兩個自然數,當其中有偶數時,這個偶數可被2整除,這時結論成立;
當其中沒有偶數時,這兩個奇數之和是偶數,這兩個數之和能被2整除,可見對於兩個自然數,結論成立。
整除3:如果有3個自然數,當其中有3的倍數時,這個數就可被3整除,選這個數即可;當其中沒有3的倍數時,如果這3個數被3除的餘數相等,那麼這3個數之和可被3整除,這時可選出這3個數;如果這3個數被3除後有的餘1,有的餘2,就取餘1和餘2的各一個數,這兩個數之和可被3整除。因此,對於3個整數的情形,結論成立。
同理,類似的分析可知,對於4個整數的情形,結論成立。不過分析的過程要更長些。
按這種思路分析下去,雖然能夠依次斷定對於5個,6個,7個,8個,……整數時結論成立,但是還不能說“對於100個整數結論也成立”。因為我們不可能在短時間內一直驗證到100!
看來要另外設計證題的方法.雖然沒有證出原來的題目,但是從簡單情況可猜想原題的結論應當是肯定的。
以後上高中我們會學到歸納法,也許這個題目可以用歸納法證明,但目前還不可以。
證明:
因為本題結論是與若干個數之和有關的,由此可聯想構造“若干個數之和”形式的數。再進一步考慮被100除後的餘數.
設原來的 100個數是a1, a2,…, a100,考慮 b1, b2,…,b100,其中
b1=a1,
b2=a1+a2,
b3=a1+a2+a3,
b100=a1+a2+a3+…+a100.
bi(i=1,2,…,100);
它們中的任意兩個之差(例如b5-b2=a3+a4+a5),都是若干個(5-2)原來的數之和。
再如:例如b10-b5=a6+a7+a8+a9+a10,即是原來5個數之和。
考慮b1,b2,…, b100被 100除後各自的餘數.
如果有一個數,例如b1,它能被 100整除,那麼問題就解決了.
如果任一個數被100除之後的餘數都不是0,那麼100個數最多可能餘1,餘2,…,餘99,所以至少有兩個數,它們被100除後的餘數相同。
這時,它們的差可被100整除,也就是說在a1,a2,…,a100中存在若干個數,它們的和可被100整除。
原式得證,即可以整除100。
說明:上面的論證方法利用了餘數類,同餘,抽屜原理,這些解數學競賽題中常用的方法。在考慮b1,b2,…,b100時,採用了構造法.
應當指出,題目中的“100”不是本質的,改成200,300…,甚至改成任一自然數n,結論也成立,證法相同.
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