質數與合數(六)

2021-02-19 華海課堂

我們今天來看難一點的質數與合數哦。

 

數學中的難題,基本都是綜合體,即把雜七雜八的知識點串起來得到的題目。很多時候初學者往往只能單線程作業,對於並行處理題目中的不同知識點存在很大困難,別說是對小學生了。

 

來看具體例子:若n為正整數,n+6和n+10都是質數,求n除以3所得的餘數。

 

當然,這個題目改一改,說n+3和n+7都是質數,證明這樣的質數對有無窮多個,那世界範圍內也沒人會做——畢竟這是孿生質數猜想等於4的情形,現在好像最好的結果也不過是200多一點,距離解決還早的很呢。

 

由於是小學內容,所以我們肯定要從小學生的角度來考慮。

 

n除以3以後,餘數有幾種情況呢?

 

這就是餘數的知識點了。我們知道,任何一個整數n的餘數都有n情況,對於3來說,餘數有0,1,2三種。

 

如果餘數為0,此時n恰好是3的倍數。那麼n+3顯然也是3的倍數,所以無論如何不會出現質數;

 

如果餘數為1,也就是n=3p+1,那麼此時n+3=3p+4,n+10=3p+11,看不出來有啥;

那就放一放唄。誰規定必須每步都能看出點名堂的?

 

如果餘數是2,n=3p+2,此時n+6=3p+8,n+10=3p+12,必然是3的倍數,所以餘數一定是1了。

 

當然,這個並不代表一個整數除以3餘1就一定能讓上面兩個數為質數喲。

 

是不是很有意思?

 

我們再來看一個:

 

求證:超過40的偶數都可以表示成兩個奇合數之和。

 

嘖嘖,要是把這個題目中的合數改成質數,那就是哥德巴赫猜想了,別說小學生了,所有的數學工作者集體也要撞牆了。

 

這個題目看起來真的難爆了。

 

為什麼?

 

因為比40小的最大的偶數就是38,

38=3+35=5+33=7+31=9+29=11+27=13+25=15+23=17+21=19+19,看到沒有,完美地躲過了!

 

但是問題是,40以上的偶數有多少?

 

無窮無盡啊!難道都像38這樣一個個驗證?

 

所以必然是找一個通用的做法。

 

像這樣子找一個滿足題設條件的做法,我們稱為構造法。

 

構造法是數學中難度最大的一類題目。因為需要一定的想像力和創造力,這個訓練起來可費時間了,而且不同的孩子差異就能體現地淋漓盡致——還是那句話,努力就好。

 

構造法是一個實驗的過程。

 

我的想法是,如果能把這兩個奇合數的形式猜出來,有沒有這種可能呢?

 

這個猜測是靠譜的,但是也等於沒說,因為題目就是要幹這個事。關鍵是怎麼猜?

 

我們想這樣一個問題,偶數能不能分類?如果可以,怎麼分比較合適呢?

 

偶數的結尾的數0,2,4,6,8,而且兩個末位數相同的偶數之差一定是10的整數倍,而10是5的倍數,所以我們有沒有可能把這些基數寫成5k+p,其中p是奇合數,而k是奇數的形式呢?

 

先來看2,第一個數是42,按照上面的想法,由於5k必然是5結尾,所以另一個數是7結尾。以7結尾的第一個合數是27,所以所有的2結尾的大於40的偶數都可以寫成5k+27!(k大於等於3)

 

那麼0的話呢,就是15+5k(k大於等於5),4結尾的話9+5k(k大於等於7),6結尾的話21+5k(k大於等於5),8的話33+5k(k大於等於3)。

 

迎刃而解。

 

那怎麼想到偶數的結尾分類?我就是覺得應該是這樣的——當然我可以胡編出一些所謂的道理,但是那都是根據結果來推的,所以就是忽悠。

 

很多人止步於對偶數的分類,那咋辦?

 

就這樣唄。。。畢竟不是每個題都是所有孩子能做出來的。

 

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