帕斯卡三角形 | 素數 | 費馬小定理

2021-02-19 數學教學研究

觸碰標題下面一行的「邵勇老師」查看所有文章;觸碰「數學教學研究」, 關注本微信公眾號(sx100sy)。本公眾號內容均由邵勇本人獨創,歡迎轉發,但未經許可不能轉載。特別聲明,本人未曾授權任何網站(包括微博)和公眾號轉載邵勇「數學教學研究」公眾號的內容。每周推送兩到三篇內容上有份量的數學文章,但在行文上力爭做到深入淺出。幾分鐘便可讀完,輕鬆學數學。 

我們今天來講一講帕斯卡三角形與費馬小定理之間的關係。它們之間聯繫的橋梁是素數。

(1)先說帕斯卡三角形與素數之間的一個關係(我之前十來篇的時候講過這個關係,在本文後面將給出連結)。

如下面的帕斯卡三角形所示。注意,右側天藍色數字代表帕斯卡三角形的行數,是從第0行開始的。我們的結論是:在第素數行中,除兩端的兩個「1」以外的其他一切數皆可以被這個素數行數整除。比如,7為素數,則在第7行中,除兩端的「1」以外的其他數是7,21,35,35,21,7,它們都能被7整除,確實如此。對第11行,則11,55,165,330,462,462,330,165,55,11都能被11整除。

(2)下面我們講一講費馬小定理。費馬小定理有兩種形式(其實是相通的)。我們考慮其中的一種。

(3)那麼,帕斯卡三角形與費馬小定理有什麼關係呢?

前面帕斯卡三角形與素數的關係導致下面的結論成立:

這個結論很容易理解,因為上式左邊進行二項式展開後,根據前面第(1)條所說,中間的項都可以被素數p整除,所以,這個同餘式便成立了。

(4)我們取a=1,b=0,則由上式得到

若取a=1,b=1,則得到

若取a=2,b=1,則得到

若取a=3,b=1,則得到

繼續做下去,我們便得到對於一切小於p的正整數n,都有

由於對於0上式也成立,所以對0,1,2, ..., (p-1),上式都成立。我們又知道,對任意正整數,它們都與0,1,2, ..., (p-1)中的某一個同餘。所以,就可以得出對一切正整數,下式都成立:

於是我們就從帕斯卡三角形與素數的關係,推導出了費馬小定理。

(5)我們舉個例子驗證一下費馬小定理。取n=3,p=53(素數)。我們計算3的53次冪除以53所得的餘數是不是3。首先需要知道下面這些與二進位有關的等式:

於是,任意一個正整數都可以表示成2的不同次冪相加的形式。比如:

於是,3的53次冪可以寫成:

我們先計算下面這些冪取模53的結果:

所以,


相關閱讀:

《費馬小定理與素數》

《帕斯卡三角形與素數》

相關焦點

  • 費馬小定理,我的理解
    費馬小定理[ p是英語 prime number(素數)的首字母 ;n是 number 的首字母 ] 。(2) 還是對素數p=5,這裡取n=3,則有(3) 對素數p=3和正整數n=4,有您可以繼續,隨便取素數p和正整數n,對費馬小定理進行驗證。
  • 費馬小定理
    費馬小定理問題的提出對於任意給定的一個自然數
  • 費馬小定理的證明
    費馬小定理:若p是素數,n為不能被p整除的正整數,則上一次我曾用二項式定理的二項式係數和數學歸納法證明了費馬小定理。今天,我再給出另一種證明方法,這個方法更加簡潔、巧妙。我想,用具體的p和n可能更加易於您的理解。我們取素數p=13。
  • 素數中的數學知識:費馬二平方定理
    業餘數學之王費馬在1640年提出了一個著名的猜想:奇質數能表示為兩個平方數之和的充分必要條件是該質數被4除餘1,這就是數論中的費馬二平方定理,但費馬沒有給出嚴格的證明,一直到100年之後的1747年歐拉給出了該猜想的嚴格證明,才使得這個猜想變成了數學定理,如果你沒有一定的數論知識歐拉的巧妙證明你是很難理解的,本篇我們就來了解下該定理首先所有素數可以分成兩類
  • 一分鐘數學——費馬小定理
    在正式講費馬小定理之前,我們先來做一個熱身運動。
  • 不可思議的素數(上)
    可能會有人認為這看起來是理所當然之事,卻被冠以「基本定理」如此隆重的名號。然而,我們同樣可以想像如果這條定理不成立的話,數學世界又是一番怎樣的景象。感興趣的讀者請參考我個人主頁的補充知識。值得慶幸的是,在我們的自然數世界裡,已經證明了「算術基本定理」,即將自然數分解成素數的方法具有唯一性。這也是為什麼素數作為「數的原子」具有特殊的意義。在上一節中,我們曾經講過1 不是素數。如
  • 帕斯卡定理
    下面來講帕斯卡定理。有位於一個圓(其他圓錐曲線都可以,我們只以圓為例加以說明)上的六個點。按上面所說任意連接出一個六角形,為了不使問題複雜化,我們假設三組對邊都能夠相交出一個交點,那麼,這三個交點共線。這就是帕斯卡定理。看似不可思議吧。我們下面來證明它。
  • 帕斯卡三角形
    帕斯卡三角形   帕斯卡(Blaise Pascal,1623-1662)是法國著名的數學家.要不是由於宗教信仰,瘦弱的體質,以及無意單單為數學課題而耗盡全部精力,他本來可以成為一名偉大的數學家.帕斯卡的父親擔心他的孩子也像他自己那樣嗜好數學
  • 費馬:17世紀僅次於牛頓的數學家,做了這4件大事
    費馬——是我的選擇,相信你也不會反對,畢竟有著「業餘數學王子」美譽的費馬,對17世紀數學中最重要的三個領域——解析幾何、微積分、概率論——都起到了決定性作用。費馬與笛卡爾一起發明了解析幾何,與帕斯卡、惠更斯共享了概率論的創立,他也是牛頓、萊布尼茨之前對微積分有著最大貢獻的數學家。
  • 費馬:17世紀僅次於牛頓的數學家,做了這4件大事.
    在此期間,誕生了許多數學大家,其中最具代表性的有:牛頓、費馬、笛卡爾、萊布尼茨、帕斯卡、惠更斯、卡瓦列裡、沃利斯、笛沙格。而且在一定程度上,牛頓、萊布尼茨的工作就是建立在費馬和其他數學家工作的基礎上的,但是費馬並沒有對它們進行高度有效的統一,他也沒有「廣義二項式定理」這樣有效的工具——可以將超越函數轉化為多項式來求積或求導。
  • 數學史上的「惡作劇」——費馬最後定理
    說起畢達哥拉斯定理,相信大家都不會陌生。直角三角形中的畢達哥拉斯公式看上去極其簡單,即a+b=c,其中的a、b、c代表直角三角形的三條邊,c為斜邊,abc為三個整數,我們現在稱之為「畢達哥拉斯三數組」。
  • 100 個最偉大的數學定理,你知多少?
    三分角與倍立方體尺規作圖的不可能旺策爾(Pierre Wantzel)18379圓的面積阿基米德(Archimedes)公元前 22510費馬小定理的歐拉推廣歐拉(Leonhard Euler),1760
  • 帕斯卡:液壓機之父
    父親艾基納(1588年—1651年)是一個小貴族,擔任地方法官的職務,是一位數學家和拉丁語學者。布萊士·帕斯卡是傑奎琳·帕斯卡和另外兩個姐妹(只有其中之一,潔柏特活過童年)的兄弟。母親死後,父親就辭去了法官職務。  1623年6月19日誕生於法國多姆山省克萊蒙費朗城。帕斯卡沒有受過正規的學校教育。
  • 帕斯卡的令人驚異的定理
    帕斯卡的令人驚異的定理   著名的法國數學家帕斯卡(① 原註:帕斯卡在理論數學和科學發現的許多方面都享有盛譽.他的工作包括對帕斯卡三角形、六線形、液體理論、水壓機以及概率論等方面的廣泛發現.此外,18歲時他還發明了一種加法計算機.但在1654年後他改信基督,從而基本上結束了他的數學工作.下面的摘錄引自他的隨筆《思想》.他用許多數學的引證和例子回答了對他的種種議論,並指出他這樣做是因為:「……推廣我們的概念就像超出我們能夠想像的空間那樣
  • 從組合數學角度理解費馬小定理
    >費馬小定理(Fermat's little theorem),另一個叫做費馬大定理(Fermat's Last Theorem,也叫費馬最終定理)。今天我們要講的是前者「費馬小定理」,它在實際應用中非常廣泛,為質數的檢測奠定了理論基礎。費馬於1640年在寫給朋友Bessy的信中第一次提出了這個定理。
  • "業餘數學家之王"—費馬
    費馬在數論領域中的成果是巨大的,其中主要有: (1)全部素數可分為4n+1和4n+3兩種形式。(2)形如4n+1的素數能夠,而且只能夠以一種方式表為兩個平方數之和。(3)沒有一個形如4n+3的素數,能表示為兩個平方數之和。
  • 「神童」帕斯卡與概率論
    而布萊茲帕斯卡(Blaise Pascal,1623-1662)誕生在法國中部一個叫克萊蒙費朗的小城市中的一個小貴族家庭。帕斯卡比笛卡爾小了27歲,但兩位數學家的童年卻有不少共同之處:母親早逝、父親富有、身體羸弱、智力過人。
  • 隱藏在「帕斯卡三角形」中的10大秘密——這就是數學的魔力!
    帕斯卡三角形的前6行帕斯卡三角形的美妙之處在於它既簡單又富有數學意義。這是數學上的一個新奇之處,它突出了我們所設計的這個邏輯系統是多麼的與眾不同。讓我們開始吧!你可能不知道的10個隱藏在帕斯卡的三角形裡的秘密。首先,如何建立帕斯卡三角形在紙的頂部中間寫上數字「1」。在下一行寫兩個1,形成一個三角形。在隨後的每一行中,以1開頭和結尾,並通過將其上的兩個數字相加來計算每個內部項。
  • 帕斯卡三角形中的斐波那契數列
    2016年9月1日,我曾寫過一篇文章介紹帕斯卡三角形。今天我再補充介紹如何從這個著名的三角形出發,得到斐波那契數列。下圖就是著名的帕斯卡三角形的前8行。它的一個重要性質就是:兩腰上的數字全都是「1」,中間的數字,是它的肩上兩個數字之和,即它的左上方數字和右上方數字之和。比如,6=3+3;15=5+10或15=10+5。上圖中您看出斐波那契數列在什麼地方嗎?
  • 費馬---我只是業餘的
    「這裡的空白太小,可惜我寫不下」---費馬大家好,我是費馬,我是一名律師!