正整數的性質 C6

2021-02-14 數海拾貝之中小學數學培優

24. 若一個質數的各位數碼經任意排列後仍然是質數,則稱它是一個絕對質數 例如:

2,3,5,7,

11,13(31),17(71),

37(73),79(97),

113(131,311),

199(919,991),

337(373,733),

都是絕對質數.

求證:絕對質數的各位數碼不能同時出現數碼 1、3、7 與 9.

解: 一個兩位以上的絕對質數不可能含有數字 0、2、4、5、6、8,否則,通過適當排列後,這個數能被 2 或者 5 整除.

設 N 是一個同時含有數字 1、3、7、9 的絕對質數,

因為 K0=7931、

K1=1793、

K2=9137,

K3=7913、

K4=7193、

K5=9371、

K6=7139

被 7 除所得的餘數分別是

0、1、2、3、4、5、6,

所以,如下 7 個正整數

中一定有一個能被 7 整除,這個數就不是質數,矛盾.

25. 證明:存在無窮多個正整數,它不能表示為一個完全平方數與一個質數之和.

解: 抓住質數不能表示為兩個大於 1 的正整數之積這個特性,引導我們到完全平方數中去尋找符合要求的數,因為此時我們可用平方差公式.

設 y 是正整數,我們尋找使 y² 不能表示為一個完全平方數與一個質數之和的條件.

若存在整數 x≥0 及質數 p,使得

y²=x²+p,    ①

則 p=(y-x)(y+x),

從而 y-x=1,

y+x=p.

進而 p=2y-1,

因此,如果 2y-1 不是質數,

則 y² 不能表示為①的形式.

注意到,當 y=3k+2,k 為正整數時,

2y-1=6k+3 是 3 的倍數,

且大於 3,從而 2y-1 不是質數.

這表明有無窮多個滿足條件的正整數.

自然地,我們可以提出更一般的問題:是否存在無窮多個正整數,它不能表示為一個 n 次方數與一個質數之和呢?這裡 n 為任給的正整數.

26.設 n 為正整數,如果存在有 n 個連續的整數(包括正整數、0 及負整數)之和為質數,試求n的所有可能值.

解: 我們先考慮 n 個連續整數均為正數的情況,

顯然,n=1 是可以的:只要取任何一個質數即可.

n=2 也可以:任何一個奇質數都可以寫成 2 個連續整數的和

p=(p-1)/2+(p+1)/2.

假設存在某一質數

p=a+(a+1)+(a+2)+…+(a+k),

其中 a 為整數,k≥2,

則 2p=[a+(a+1)+(a+2)+…+(a+k)]

+[(a+k)+(a+k-1)+(a+k-2)+…+a)]

=(k+1)(2a+k), 

(k+1) 與 (2a+k) 均為大於 2 的整數,與 p 為質數矛盾,所以當 n 個連續整數均為正數時,n=1 或 2. 

當 n 個連續整數可以是 0 或負數時,任何一個質數 p 都可以寫成

p=p+(p-1)+…+1+0+(-1)+…+(-p+1)

得 n=2p.

對於任何一個奇質數 p,我們可以令

p=2t+1,

其中 t 為正整數,則 p 可以寫成

p=(t+1)+t+…+1+0+(-1)+…+(-t+1)

得 n=p.

所以,n=1 或任意質數或兩倍任意質數.

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