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数学奥赛中数论问题的解题方法

1引言

在历年的国内外数学奥林匹克中,几乎每年都离不开数论问题。分析历年奥

林匹克数学竞赛试题易知,奥林匹克数学中的数论问题主要有:(1)整除性问题;

(2)数性的判断;(3)余数问题;(4)整数的分解与分析;(5)不定方程问题;

(6)与高斯函数[x]有关的问题。本文对奥林匹克数学中的数论问题的常用解题

方法做进一步的分析总结。

2常用的部分解题方法

2.1奇偶分析法

奇偶数的性质:

(1)两个奇数的和与差为偶数,而积为奇数;

(2)两个偶数的和、差、积为偶数;奇数与偶数的和、差为奇数,而积为

偶数;

(3)如果为整数,为奇数,则的奇偶性与相反;如果为整数,为偶

数,则的奇偶性与相同。

例设N是正整数,如果存在大于1的正整数k,使得N-是k的正整数倍,

则称N为一个“千禧数”。试确定1,2,3,…,2000中“千禧数”的个数,并说明

理由。

解设是“千禧数”,则存在正整数,使得,即;显然与的奇偶性不同,

且,,所以有大于1的奇因子,从而有大于1的奇因子。

反过来,若有大于1的奇因子,则可设,其中,的奇偶性不同,且,则且

,其中为正整数。

综上,只有当有大于1的奇因子时,是“千禧数”而在1,2,3,…2000中,只有

1,,…,不是“千禧数”,故有“千禧数”2000-11=1989个。

评析:奇偶分析法是从未知数,系数的奇偶性入手讨论未知数的可能取值情

况,以达到缩小考察范围,得出相应的结果。在解决与正整数有关的问题(如数

性有关的问题)能灵活运用奇偶分析的方法,往往有“四两拔千斤”的效果。

2.2分类讨论

依据数学研究对象的本质属性的相同点和差异点,将数学对象进行分类,然

后对划分的每类分别进行研究和求解的方法,叫分类讨论的方法。

分类讨论必须遵循的原则:

(1)分类讨论的对象必须是确定的;(2)每次分类的标准必须是同一的;

(3)分类必须不重复,不遗漏;(4)连续多次分类,按层次逐级进行,不

得越级。

例解方程

解将方程变形为,由不等式,可得

由此又可以得到(1)

因为当时,

所以此时方程无解(因方程的解必须满足(1))

又因为当时,

所以此时方程也无解。另外,当时,所以方程仍无解。

因此,方程的解必满足,于是必有,将代入原方程立即得出原方程的解为。

评析:在数论问题中往往出现多个正整数或其他更特殊的情况,此时必须根

据实际情况对这些正整数或其相关式子进行分类讨论。本例中就是灵活地对的

取值范围进行分类讨论,最终归结出的值。解题过程中还应注意往往有时一次

分类不够,还要进行第二次分类,两次分类可以相互独立,也可能第二次是将第一

次的一个子类再分类。

2.3反证法

通过证明论题的矛盾论题(即否定命题),进而肯定命题的真实的证明方法叫

做反证法。

反证法的一般步骤:

(1)反证:假设命题的结论不成立;(2)归谬:从该假设出发,经过推论论

证,得出与已知条件或公理或定理矛盾的结论;(3)结论:由矛盾判定假定不正确,

从而肯定命题的结论正确。即”反证——推理——否定或肯定”三步。

例设正整数异于2,5,13,求证:在集合{2,5,13,}中可以找到两个

不同的元素,,使-1不是完全平方数。(第27届IMO试题)

证明25-1=,213-1=,513-1=

只须证2-1,5-1,13-1不全是完全平方数

假设2-1,5-1,13-1均是完全平方数,不妨设

……(1)

……(2)

……(3)解出可得

是偶数,即是偶数

,同奇或同偶,从而,是偶数,于是2是4的倍数,则

是偶数,这与推出d是奇数相矛盾!

故原命题正确。

评析:反证法是数学证明中的一种重要方法,在解决数论问题中反证法也具

有其普遍应用性,特别是在判断数性问题(如解平方数问题等)中应用

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