【人人都能欣赏的数学证明】整除判别法
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《人人都能欣赏的数学证明》马上就要定稿了,下面是书中第一章第一节的内容,我希望人人都能看懂这个证明。
第一节:整除判定法
大家在小学阶段,就接触过这样一个数学知识:
被3整除判定法:判断一个自然数能否被3整除,只需要看这个数的每个位数之和能否被3整除。
举个例子, 243的每个位数之和是2+4+3=9,会被3整除,由此就能断定243也会被3整除。
再举个例子,1348的每个位数之和是1+3+4+8=16,不会被3整除,由此就能断定1348也不会被3整除。
小学数学课本是通过观察表格来引导学生发现这个规律,但问题是,为什么会有这个规律呢?
接下来,我们将“证明”为什么这个被3整除判定法总是对的。
证明:其实任何自然数除以3都是将这个数平均分成三份,比如判定243能否被3整除,其实就是问243个糖果能否平均分给三个小朋友。
243颗糖果可以拆分成2份100颗的糖果堆,4份10颗的糖果堆和余下3颗糖果,
如果我们从每堆糖果中取出一颗,那么就会有2份99颗的糖果堆,4份9颗的糖果堆,并余下2+4+3颗糖果。
注意,99和9都可以被3整除,因此这些糖果堆中每一堆都可以平均分给三个小朋友,并余下2+4+3颗糖果。所以243个糖果能否平均分给三个小朋友,就看余下的2+4+3颗糖果能否平均分。
再以上面的1348为例。1348颗糖果可以拆分成1份999颗的糖果堆,3份99颗的糖果堆,和4份9颗的糖果堆,并余下1+3+4+8颗糖果。
注意999也可以被3整除,因此这些糖果堆中每一堆都可以平均分给三个小朋友,并余下1+3+4+8颗糖果。所以1348个糖果能否平均分给三个小朋友,就看余下的1+3+4+8颗糖果能否被平均分。
证明完毕。
但是,请注意了,我们只是举243和1348这两个例子解释说明为什么被3整除的判定法是成立的,你还需要解释说明对其他数比如25791,892312,,,,,被3整除的判定法也总是成立。所以这个“证明”还不是严格意义上的证明,仅仅是一种解释说明。
另一方面,这种解释说明已经非常接近真正意义上的证明了,因为你会发现,无论你给出哪个自然数,完全同样的方法都可以解释说明被3整除的判定法对这个自然数是成立的。
到了这里,希望读者能回头再读一次这个“证明”,并思考:
为什么这个“证明”会成立呢?
如果把被3整除换成被7,或者被11整除,这个“证明”过程还会成立吗?
明显是不能成立的!因为在“证明”过程中运用到这样一个结论:
9,99,999,9999……都会被3整除
如果把3换成7,或者11,这个结论就不成立了。
但是,如果把3换成9,这个结论仍然成立:
9,99,999,9999……也都会被9整除
所以,如果将上面的“证明”中的3换成9,我们会惊讶地发现,“证明”仍然会成立,所以就得到
被9整除判定法:判断一个自然数能否被9整除,只需要看这个数的每个位数之和能否被9整除。
以1347为例,这个数的每位数之和为1+3+4+7=15不被9整除,所以1347也不被9整除。
这个被9整除判定法也可以迅速地求出一个数被9除的余数,上面的例子中因为1+3+4+7=15除以9的余数是6,所以可以断定1347除以9的余数也是6,这种方法称为弃九法(casting out nines),可以用来验算加减乘运算。弃九法的历史非常悠久。最早关于这种方法的记载是在大约950年印度数学家阿耶波多二世(Āryabhaṭa Ⅱc.920–c.1000 )所著的《Mahâsiddhânta》一书中,后来伊斯兰著名学者伊本·西那(ibn-Sīna,980—1037)也给出了弃九法的详细介绍,并将这种方法称为印度方法。
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