一道日本算术奥林匹克竞赛题的数论解法

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  【摘要】2011年日本算术奥林匹克竞赛题中有一道题目看上去非常简单,但是要做出结果却不那么容易,本文用初等数论中的整除性将其解出.
  【关键词】数论;整除性;奥林匹克;数学竞赛
  一、原题重现
  有一个将1~6各使用1次的六位数,将其叫作A,将A的最高位的数字移动到最低位后得到的新六位数叫作B(例如,A是123 456,B是234 561);将B的最高位的数字移动到最低位后得到的新六位数叫作C;将C的最高位的数字移动到最低位后得到的新六位数叫作D;将D的最高位的数字移动到最低位后得到的新六位数叫作E;将E的最高位的数字移动到最低位后得到的新六位数叫作F;如果A,B,C,D,E,F分别是2,3,4,5,6,7的倍数,请求出A.
  二、分析及相关引理
  引理1 一个整数a能被2整除的充要条件是a的末位数能被2整除,即末位数必为0,2,4,6,8之一.
  引理2 一个整数a能被3整除的充要条件是a的各位数字之和能被3整除.
  引理3 一个整数a能被4整除的充要条件是a的末尾两位数能被4整除.
  引理4 一个整数a能被5整除的充要条件是a的末位数能被5整除,即末位数必为0,5之一.
  引理5 一个整数a能被6整除的充要条件是a能同时被2和3整除,即末位數为0,2,4,6,8之一,且各位数字之和能被3整除.
  引理6 一个正整数a能被7整除的充要条件是a的奇位数字之和与偶位数字之和的差能被7整除.
  引理7 一个整数a能被7整除的充分条件是:若a的个位数字截去,再从余下的数中,减去个位数的2倍,如果差是7的倍数,则a能被7整除.
  三、解 答
  解 令X=a11a12a13a14a15a16a21a22a23a24a25a26a31a32a33a34a35a36a41a42a43a44a45a46a51a52a53a54a55a56a61a62a63a64a65a66,
  则A=(a11,a12,a13,a14,a15,a16),B=(a21,a22,a23,a24,a25,a26)……由题A,B,C,D,E,F的得来方式,可将X化为:
  X1=a26a36a46a56a66a16a36a46a56a66a16a26a46a56a66a16a26a36a56a66a16a26a36a46a66a16a26a36a46a56a16a26a36a46a56a66 .
  又由于A,B,C,D,E,F分别被2,3,4,5,6,7整除,故可得:
  由D能被5整除可得a46=5,由于A,C,E能被2,4,6整除,说明a16,a36,a56末位数都是偶数,即a16∈{2,4,6},a36∈{2,4,6},a56∈{2,4,6},a16,a36,a56互不相等,且能被4整除,要求末尾两位数能被4整除,故10×a26 a36∈{12,16,24,32,36,52,56,64},由于a16,a36,a56是偶数,故a26必为奇数,排除偶数后10×a26 a36∈{12,16,32,36,52,56},进一步,由于D的末位数是5,故排除a26=5的情形后,10×a26 a36∈{12,16,32,36},将这4个数依次代入.又由于a26,a66末位数都是奇数,一旦确定a26,a66也就随即可以确定.剩余2个偶数分别用试算法验证a16,a56代入后所得的F(也即最后一行的数)能否被7整除即可.经验证最后得:
  X=325416254163541632416325163254632541 .
  于是,A=325 416.解毕.
  【参考文献】
  [1]朱萍.初等数论及其在信息科学中的应用[M].北京:清华大学出版社,2010:20-61.
  [2]Joseph H Silverman.数论概论(原书第3版)[M].孙智伟,等译.北京:机械工业出版社,2008:32-43.
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