小学数学讲义暑假六年级超常第10讲数论中的计数.pdf
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1、1第 11 级上超常体系教师版第十讲漫画释义五年级春季位值原理六年级暑期数论中的最值六年级暑期数论中的计数六年级秋季数论中的规律六年级秋季进位制数论中的范围中符合条件的个数的多少知识站牌第十讲 数论中的计数2第 11 级上超常体系教师版1.2300 年前,古希腊数学家欧几里得就已证明素数有无穷多个,并提出一些素数可写成“2p-1”的形式,这里的指数 p 也是一个素数.这种特殊形式的素数具有独特的性质和无穷的魅力,千百年来一直吸引着包括数学大师费马、笛卡尔、哥德巴赫、欧拉、高斯、哈代在内的众多数学家.17世纪法国数学家、法兰西科学院奠基人马林梅森是其中成果较为卓著的一位,因此后人将“2p-1”型
2、的素数称为“梅森素数”.2.1772 年,有“数学英雄”美名的瑞士数学大师欧拉在双目失明的情况下,靠心算证明了 231-1(即2147483647)是第 8 个梅森素数.在“手算笔录”的年代,人们历尽艰辛,仅找到 12 个梅森素数.幸而计算机的发明加速了梅森素数的探究进程.1952 年,美国数学家拉婓尔鲁滨逊等人使用SWAC 型计算机在短短的几个月内,就找到了 5 个梅森素数:2521-1、2607-1、21279-1、22203-1 和22281-1.3.1996 年初,美国数学家和程序设计师乔治沃特曼编制了一个梅森素数计算程序,并把它放在网页上供数学家和业余数学爱好者免费使用,这就是著名的
3、“互联网梅森素数大搜索”(GIMPS)项目.该项目利用大量普通计算机的闲置处理能力来获得相当于超级计算机的运算能力.这一项目还有一段有趣的插曲:美国一家电话公司的雇员麦克福雷斯特偷偷地使用公司内的 2585 台计算机参加 GIMPS 项目,随后公司发现计算机经常会出些差错,本来只需要 5 秒钟就可以接通的电话号码,需要 5 分钟才能接通.联邦调查局最终查到了原因,福雷斯特承认“被 GIMPS 项目引诱”他最后被解雇,并被罚款一万美元.由此看来,梅森素数的吸引力足以使人疯狂.4.梅森素数是否有无穷多个?这是目前尚未解决的著名数学谜题.迄今为止,人类仅发现 47 个梅森素数.这种素数珍奇而迷人,它
4、在促进计算技术、密码技术、程序设计技术的发展中有着巨大作用.1)复习数论模块和计数模块的相关知识,如整除性质、加乘原理、排列组合等.2)灵活使用以上知识解决数论中的计数综合问题.3)复习容斥原理,尤其是在应用问题中的使用.教学目标课堂引入3第 11 级上超常体系教师版第十讲1.常见数字的整除判定方法1)一个数的末位能被 2 或 5 整除,这个数就能被 2 或 5 整除;2)一个数各个数位上数字之和能被 3 或 9 整除,这个数就能被 3 或 9 整除;3)如果一个整数的奇数位上的数字之和与偶数位上的数字之和的差能被 11 整除,那么这个数能被11 整除.2.加法原理一般地,如果完成一件事有 k
5、 类方法,第一类方法中有1m 种不同做法,第二类方法中有2m 种不同做法,第 k 类方法中有km 种不同做法,则完成这件事共有12kNmmm种不同方法,这就是加法原理可以简记为:“加法分类,类类独立”3.乘法原理完成一件事,这个事情可以分成 n 个必不可少的步骤,第 1 步有 A 种不同的方法,第二步有 B种不同的方法,第 n 步有 N 种不同的方法那么完成这件事情一共有 ABN 种不同的方法这就是乘法原理4.容斥原理ABABABABCABCABBCACABC模块一:分类枚举例 1:余数问题例例 2:数位分类例例 3:整除性质模块二:加乘原理例例 4:最小公倍问题例例 5:互质模块三:容斥原理
6、与技巧综合例例 6:应用题例例 7:整除、最简真分数、循环小数例 8:技巧综合问题例力 7:在1到2013这 2013个自然数中,被11与61除所得余数相同的数有多少个?【分析】假设所求的正整数为a,它被 1 和 61 除所得余数为b,那么 b 只有 0 到 10 这 11 种情况,又因为 a 与 b 的差必为 11 与 61 的公倍数,而11,61=671,2013671=3,所以 a 可以取110,671681,13421352,2013,一共有 10+11+11+1=33 个数例 1例题思路经典精讲4第 11 级上超常体系教师版有一类非零自然数,它是 4 的倍数,并且各个数位上至少有一个
7、数字是 0,请问满足上述条件的数中,从小到大排第 160 个的数是多少?(学案对应:带号 1)【分析】这道题没有简单的解题方法,可以根据数位进行分类枚举:一位数中没有满足题意的数;两位数:有 20、40、60、80 共 4 个;三位数:只有个位是 0 的:十位是 2、4、6、8,百位取 1 至 9,共 36 个;只有十位是 0 的:个位是 4 或 8,百位取 1 至 9,共 18 个;十位、个位都是 0 的:共 9 个;综上所述,三位数共 63 个;四位数:千位是 1 的四位数,除了上述的 63 个外,还要考虑百位为 0 的,此时十位个位可取 00、04、08、1288、92、96 等 25
8、个数,所以千位是 1 的四位数一共有 88 个;至此,共数了15588634个,因此在千位是 2 的数中从小到大数五个即可,它们是:2000、2004、2008、2012、2016,答案是 2016.从 1999 中选出连续 6 个自然数,使得它们的乘积的末尾恰有 4 个 0,一共有种选法(学案对应:超常 1)【分析】连续的 6 个自然数中,必有 3 个偶数,这 3 个偶数是 3 个连续偶数,其中至少有 1 个是 4的倍数,那么这 3 个偶数的积肯定是42 的倍数,所以任意的连续 6 个自然数的积都是42 的倍数另外,连续的 6 个自然数中,至少有一个 5 的倍数,至多有两个 5 的倍数:如果
9、其中只有 1 个 5 的倍数,由于末尾要有 4 个 0,那么这个 5 的倍数应是45 的倍数,即是 625 的倍数,又小于 1000,只能是 625,那么这 6 个数可以是 621626,622627,623628,624629,共 4 种;如果其中有 2 个 5 的倍数,那么只能是这连续 6 个自然数中的最大数和最小数都是 5 的倍数由于这两个 5 的倍数不可能同时是 25 的倍数,所以其中必有一个是35125的倍数,可能为 125,250,375,500,625,750,900对于其中除 625 外的 6 个数,每个数都可以是这连续 6 个自然数中的最大数和最小数,所以对这 6个数,每个数
10、都有 2 种取法,共有 2612种取法;而对于 625 来说,与另一个 5 的倍数相乘,将会是55 的倍数,要想使末尾恰有 4 个 0,则这连续 6 个自然数的乘积要是42 的倍数但又不是52 的倍数检验 620625 和 625630 这两组的连续 6 个自然数,后者满足题意,前者则不合题意所以有 2 个 5 的倍数的情况下共有12113种选法根据加法原理,共有41317种选法小结:本题容易出错的地方在于容易忽略掉 625630 这一组数,因为在平常做题中面对此类问题基本上都是 2 比 5 多的情况,所以学生可能对于 2 比 5 少的可能性根本不予考虑例 3例 25第 11 级上超常体系教师
11、版第十讲a、b 是两个互不相等的自然数,它们的最小公倍数是 252,那么这两个数共有几种可能值?(学案对应:超常 2)【分析】122732252,对于质因数2,a、b 的取值有5122种情况;对于质因数 3,a、b 的取值有5122种情况,根据乘法原理;对于质因数 7,a、b 的取值有3121种情况,根据乘法原理:a、b 的取值共有75355种,但由于它们不能同时取 252,需要减去当中的一种,即741-75种在 1,2,3,7,8 的任意排列中,使得相邻两数互质的排列方式共有_种【分析】这 8 个数之间如果有公因子,那么无非是 2 或 38 个数中的 4 个偶数一定不能相邻,对于这类多个元素
12、不相邻的排列问题,考虑使用“插入法”即首先忽略偶数的存在,对奇数进行排列,然后将偶数插入但在偶数插入时,还要考虑 3 和 6 相邻的情况奇数的排列一共有 4!24种对任意一种排列 4 个数形成 5 个空位,将 6 插入,可以有符合条件的 3 个位置可以插再在剩下的四个位置中插入 2、4、8,一共有 43224种所以一共有 243241728 种例 5费马素数法国数学家费马(16011665)是数学史上一位传奇人物.费马的主要职业是律师,数学仅是他的业余爱好.费马被誉为“数论之父”,他有着了不起的直观天才,一生中提出过很多数学猜想.令人惊奇的是,他的几乎所有猜想全被后人一一证实,仅有一个例外.那
13、就是他猜想:凡是形如21m (其中2nm)的数,都是素数(质数),后人称为费马素数.如果将0,1,2,3,4n 代入221n ,得到的数确实都是质数:3,5,17,257,65537.可是对5n,在1738 年,欧拉惊人地发现有分解式:32214294967297641 6700417.这说明费马的猜想错了!谁知欧拉的这一分解式,竟是“一石激起千层浪”!从此以后,人们再也没有找到第六个费马素数,相反地,倒是已经找到了 46 个形如221n 的数不是素数.于是人们又猜测,费马素数仅有上述5 个,但也无法证明.这是数学史上的又一个悬案!例 46第 11 级上超常体系教师版200 名同学编为 1 至
14、 200 号面向南站成一排第 1 次全体同学向右转(转后所有的同学面朝西);第2 次编号为 2 的倍数的同学向右转;第 3 次编号为 3 的倍数的同学向右转;第 200 次编号为200 的倍数的同学向右转;这时,面向东的同学有名(学案对应:超常 3,带号 2)【分析】只有约数个数被4 除余3 的数,最后面向东约数个数为3 的数有22、23、25、27、211、213,共6 个数约数个数为7 的数有62,1个,约数个数为15 的数有2432144,1个一共有8 个满足条件的编号1)在1到 2008 的自然数中,能被 4 整除,但不能被5 或6 整除的数有多少个?2)分母是 2004的最简真分数有
15、多少个?它们的和是多少?3)在循环小数中类似于 10.1428577,10.07692313等,循环节是从小数点右边的第一位(即十分位)就开始的小数,叫做纯循环小数,包括 7 和13 在内,共有个正整数,其倒数是循环节恰好为六位的纯循环小数.(学案对应:超常 4,带号 3)【分析】1)在1到2008 中,4 的倍数有 20084502,4 和5 的倍数有 200810020 个,4 和 6 的倍数共有 200816712 个,4,5,6 的公倍数共有 20083360 个,所以能被 4 整除,但不能被5或6 整除的数有50210016733268(个)2)1673220042,与2004 互质
16、的数也是与1002 互质,而167321002,在1到1002 中与1002 互质的共有33216621个,进而可求得分母是 2004 的最简真分数有3322664个,它们的和等于66423323)根据容斥原理,999999 的约数有 64 个,999 的约数有 8 个,99 的约数有 6 个,9 的约数有 3 个,所求的n 的个数为 64-(8+6-3)=53(个).在1,2,3,1995这1995 个数中找出所有满足下面条件的数a 来:a1995能被a1995整除.(学案对应:带号 4)【分析】aa19951995是自然数,所以aaa19951995199519951995-1995也是自
17、然数(分离变量的思想),所以a1995是19951995的因数,由于 a 取 1 到 1995,因此a1995大于1995 并且小例 8例 7例 67第 11 级上超常体系教师版第十讲于19952,因为 19951995325272192,它在 1995 与 21995 之间(不包括 1995)的约数有321923249,71922527,372192793,527193325,325722205,352723675于是 a 的值有 6 个,即3249199512542527199553227931995798,332519951330,22051995210,3675199516801.如果
18、某整数同时具备如下 3条性质:这个数与1的差是质数,这个数除以 2 所得的商也是质数,这个数除以 9 所得的余数是 5 那么我们称这个整数为幸运数请问两位幸运数共有多少个?附加题找朋友教师先为班上的每个学生编上学号(例如从 1 到 20),然后让同学们在大卡片上写上自己的学号,再贴在背上.游戏开始的时候,20 名同学围成一圈,等待老师宣布“找朋友”的要求.例如,老师说:“现在找一个朋友,使你们的数字之和除以 5 的余数是 2!”然后,老师限定学生在 10 秒钟内找到自己的朋友,时间一到必须停止行动.由于满足要求的“朋友”不止一个,所以可以进行几轮游戏,看谁找到的“朋友”最多.这个游戏既考验学生
19、的数论计数能力,又考验他们的行动灵敏性.老师还可以加大游戏的难度,例如要求 3 个数之和能被 11 整除,这样每轮游戏中必定有人因为落空而被淘汰.8第 11 级上超常体系教师版【分析】由可知两位幸运数不可能是奇数,否则它与1的差能被 2 整除;由可知两位幸运数不可能是 4 的倍数,否则这个数除以2 所得的商是2 的倍数;再结合,易得两位幸运数为只有14 答案是1个2.表中第 1 行是把1100的整数依次全部排列出来,然后从第 2 行起是根据规律一直排到最后的第 100 行.请问:这个表中一共有多少个数能被 77 整除?【分析】在这个表里,有的数字的正下方写着比它大 4 的数.假如,某数字是不能
20、被 77 整除的数字,那么不管它被 4 乘多少回,也不能被 77 整除.于是我们得知不能被 77 整除的数字下面写的数字都不能被 77 整除.那么,如果某数字是可以被77 整除,不管乘多少回 4,得出的数字都可以被 77 整除.可被 77 整除的数字下面都可以被77 整除.题目的表中从左右两边第 N 个的下面写着 N 个整数.表的第一行从右数第 24 个是77,在它下面写的 24 个整数都可以被 77 整除.另外,从左数第二行第 38 个是 383977,所以在它下面写的 38个整数都可以被 77 整除.在表的第一行和第二行里除此之外再没有可以被 77 整除的数了.从整个表来看,除了上述的24
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二年级上册语文课件-《两个小姑娘》|语文A版(共16张PPT).ppt
