Определение. Пусть даны натуральные числа а и b. Говорят, что число а делится на число b, если существует такое натуральное число q, что а = bq.

В этом случае число b называютделителем числа а , а число а - кратным числа b.

Например , 24 делится на 8, так как существует такое q = 3, что 24 = 8×3. Можно сказать иначе: 8 - это делитель числа 24, а 24 есть кратное числа 8.

В том случае, когда а делится на b, пишут: а M b. Эту запись часто читают и так: «а кратно b».

Заметим, что понятие «делитель данного числа» следует отличать от понятия «делитель», обозначающего то число, на которое делят. Например, если 18 делят на 5, то число 5 - делитель, но 5 не является делителем числа 18. Если 18 делят на 6, то в этом случае понятия «делитель» и «делитель данного числа» совпадают.

Из определения отношения делимости и равенства a = 1 × а, справедливого для любого натурального а, вытекает, что 1 является делителем любого натурального числа.

Выясним, сколько вообще делителей может быть у натурального числа а. Сначала рассмотрим следующую теорему.

Теорема 1. Делитель b данного числа а не превышает этого числа, т. е. если а M b, то b £ а.

Доказательство. Так как а M b, то существует такое qÎ N, что а = bq и, значит, а - b = bq - b = b ×(q - 1). Поскольку qÎ N, то q ³ 1. . Тогда b ×(q - 1) ³ 0 и, следовательно, и b £ а.

Из данной теоремы следует, что множество делителей данного числа конечно. Назовем, например, все делители числа 36. Они образуют конечное множество {1,2,3,4,6,9,12,18,36}.

В зависимости от числа делителей среди натуральных чисел различают простые и составные числа.

Определение. Простым числом называется такое натуральное число, большее 1, которое имеет только два делителя - единицу и само это число.

Например , 13 – простое, поскольку у него только два делителя: 1 и 13.

Определение. Составным числом называется такое натуральное число, которое имеет более двух делителей.

Так число 4 составное, у него три делителя: 1, 2 и 4. Число 1 не является ни простым, ни составным числом в связи с тем, что оно имеет только один делитель.

Чисел, кратных данному числу, можно назвать как угодно много, - их бесконечное множество. Так, числа, кратные 4, образуют бесконечный ряд: 4, 8, 12, 16, 20, 24, .... и все они могут быть получены по формуле а=4q, где q принимает значения 1, 2, 3,... .

Нам известно, что отношение делимости на множестве N обладает рядом свойств, в частности, оно рефлексивно, антисимметрично и транзитивно. Теперь, имея определение отношения делимости, мы можем доказать эти и другие его свойства.

Теорема 2. Отношение делимости рефлексивно, т.е. любое натуральное число делится само на себя.

Доказательство. Для любого натурального а справедливо ра­венство а=а× 1. Так как 1 Î N то, по определению отношения дели­мости, аMа.

Теорема 3 . Отношение делимости антисимметрично, т.е. если а M b и а ¹ b, то .

Доказательство. Предположим противное, т. е. что bMа. Но тогда а£b, согласно теореме, рассмотренной выше.

По условию а M b и а ¹ b. Тогда, по той же теореме, b £ а.

Неравенства а £ b и b £ а.будут справедливы лишь тогда, когда а = b, что противоречит условию теоремы. Следовательно, наше предпо­ложение неверное и теорема доказана.

Теорема 4. Отношение делимости транзитивно, т.е. если а M b и b M с, то а M с.

Доказательство. Так как а M b, q, что а = b q , а так как bM с, то существует такое натуральное число р , что b = ср. Но тогда имеем: а = b q = (ср)q = с(рq). Число рq - натуральное. Значит, по определению отношения делимости, а. M с.

Теорема 5 (признак делимости суммы). Если каждое из натуральных чисел а 1, а 2 ,…а п делится на натуральное число b, то и их сумма а 1 + а 2 + … + а п делится на это число.

Например , не производя вычислений, можно сказать, что сумма 175 + 360 +915 делится на 5, так как на 5 делится каждое слагаемое этой суммы.

Теорема 6 (признак делимости разности). Если числа а 1 и а 2 де­лятся на b и а 1 ³ а 2 , то их разность а 1 - а 2 делится на b.

Теорема 7 (признак делимости произведения). Если число а делится на b, то произведение вида ах, где х е N. делится на b.

Из теоремы следует, что если один из множителей произведения делится на натуральное число b, то и все произведение делится на b.

Например , произведение 24×976×305 делится на 12, так как на 12 делится множитель 24.

Рассмотрим еще три теоремы, связанные с делимостью суммы и произведения, которые часто используются при решении задач на делимость.

Теорема 8. Если в сумме одно слагаемое не делится на число b, а все остальные слагаемые делятся на число b, то вся сумма на число b не делится.

Например, сумма 34 + 125 + 376 + 1024 на 2 не делится, так как 34:2,376: 2,124: 2,но 125 не делится на 2.

Теорема 9. Если в произведении аb множитель а делится на натуральное число т, а множитель b делится на натуральное число п то а b делится на тп.

Справедливость этого утверждения вытекает из теоремы о делимости произведения.

Теорема 10. Если произведение ас делится на произведение bс, причем с - натуральное число, то и а делится на b.

2. Простые и составные числа

Простые числа играют большую роль в математике - по существу они являются «кирпичами», из которых строятся составные числа.

Это утверждается в теореме, называемой основной теоремой арифметики натуральных чисел, которая приводится без доказательства.

Теорема. Любое составное число можно единственным образом представить в виде произведения простых множителей.

Например , запись 110= 2×5×11 есть представление числа 110 в виде произведения простых множителей или разложение его на простые множители.

Два разложения числа на простые множители считают одинаковыми, если они отличаются друг от друга лишь порядком множителей. Поэтому представление числа 110 в виде произведения 2×5×11 или произведения 5×2×11 есть, по существу, одно и то же разложение числа 110 на простые множители.

Раскладывая числа на простые множители, используют признаки делимости на 2, 3, 5 и др. Напомним один из способов записи разложения чисел на простые множители. Разложим, например, на множители число 90. Число 90 делится на 2. Значит, 2 есть один из про­стых множителей в разложении числа 90. Разделим 90 на 2. Число 2 запишем справа от знака равенства, а частное 45 - под числом 90. Число 45 делим на простое число 3, получаем 15. Делим 15 на 3, получаем 5. Число 5 - простое, при делении его на 5 получаем 1. Разложение на множители закончено.

При разложении числа на простые множители произведение одинаковых множителей представляют в виде степени: 90=2×3 2 ×5; 60=2 2 × 3× 5; 72=2 3 ×3 2 . Такое разложение числа на простые множители называют каноническим.

Греческий математик - Евклид доказал, что множество простых чисел бесконечно.

Действительно, предположим, что множество простых чисел конечное и исчерпывается числами 2, 3, 5, 7, ...,р, где p - самое большое простое число. Перемножим все простые числа и их произведение обозначим через а. Прибавим к этому числу 1. Каким будет полученное число а + 1 - простым или составным?

Простым число а+1 быть не может, потому что оно больше само­го большого простого числа, а по предположению таких простых чисел не существует. Но составным оно тоже быть не может: если а+1 составное, то оно должно иметь хотя бы один простой делитель q. Так как число а = 2×3×5 ×...×р также делится на это простое число q, то и разность (а + 1) - а, т.е. число 1, делится на q, что невозможно.

Итак, число а не является ни простым, ни составным, но этого тоже не может быть - всякое число, отличное от 1, либо простое, либо составное. Следовательно, наше предположение о том, что множество простых чисел конечное и есть самое большое простое число, неверно, и значит, множество простых чисел бесконечное.

3. Признаки делимости

Рассмотренные в свойства отношения делимости позволяют доказать известные признаки делимости чисел, записанных в десятичной системе счисления, на 2, 3, 4, 5, 9.

Признаки делимости позволяют установить по записи числа делится ли оно на другое, не выполняя деления.

Теорема 11 (признак делимости на 2) . Для того чтобы число х делилось на 2, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась одной из цифр 0, 2, 4, 6, 8.

Доказательство. Пусть число х записано в десятичной системе счисления, т.е. х=а п 10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0, где а п,а п-1 , …, а 1 принимают значения 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, а п ¹0 и а 0 принимает значе­ния 0,2,4,6,8. Докажем, что тогда х M 2.

Так как 10M2, то 10 2 M2, 10 3 M2, ..., 10 п M2 и, значит, а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10M2. По условию а 0 тоже делится на 2, и поэтому число х можно рассматривать как сумму двух слагаемых, каждое из которых делится на 2. Следовательно, согласно признаку делимости суммы, число х делится на 2.

Докажем обратное : если число х делится на 2, то его десятичная запись оканчивается одной из цифр 0, 2, 4, 6, 8.

Запишем равенство х=а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0 в таком виде: а 0 =х-(а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10). Но тогда, по теореме о делимости разности, а 0 M2, поскольку хM2 и (а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10)M2. Чтобы однозначное число а 0 делилось на 2, оно должно принимать значения 0, 2, 4, 6, 8.

Теорема 12 (признак делимости на 5). Для того чтобы число х делилось на 5, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась цифрой 0 или 5.

Доказательство этого признака аналогично доказательству признака делимости на 2.

Теорема 13 (признак делимости на 4). Для того чтобы число х делилось на 4, необходимо и достаточно, чтобы на 4 делилось двузначное число, образованное последними двумя цифрами десятичной записи числа х.

Доказательство . Пусть число х записано в десятичной системе счисления, т.е. х=а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0 и две последние цифры в этой записи образуют число, которое делится на 4. Докажем, что тогда хM4.

Так как 100M4, то (а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 2 ×10 2)M4. По условию, а 1 ×10+а 0 (это и есть запись двузначного числа) также делится на 4. Поэтому число х можно рассматривать как сумму двух слагаемых, каждое из которых делится на 4. Следовательно, согласно признаку делимости суммы, и само число х делится на 4.

Докажем обратное , т.е. если число х делится на 4, то двузначное число, образованное последними цифрами его десятичной записи, тоже делится на 4.

Запишем равенство х=а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0 в таком виде: а 1 ×10+а 0 =х-(а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 2 ×10 2). Так как хM4 и (а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 2 ×10 2), то по теореме о делимости разности (а 1 ×10+а 0)M4. Но выражение а 1 ×10+а 0 есть запись двузначного числа, образованного последними цифрами записи числа х.

Например , число 157872 делится на 4, так как последние две цифры в его записи образуют число 72, которое делится на 4. Число 987641 не делится на 4, так как последние две цифры в его записи образуют число 41, которое не делится на 4.

Теорема 14 (признак делимости на 9) . Для того чтобы число х делилось на 9, необходимо и достаточно, чтобы сумма цифр его десятичной записи делилась на 9.

Доказательство.

Докажем сначала, что числа вида 10 п -1 делятся на 9. Действительно,

10 п -1=(9×10 п-1 +10 п–1)-1=(9×10 п-1 +9×10 п-2 +10 п–2)-1=(9×10 п-1 +9×10 п-2 +...+10)-1=

9×10 п-1 +9×10 п-2 +...+9. Каждое слагаемое полученной суммы делится на 9, значит, и число 10 п -1 делится на 9.

Пусть число х=а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0 и (а п +а п-1 +…+а 1 +а 0)M 9. Докажем, что тогда хM9.

Преобразуем сумму а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0 , прибавив и вычтя из нее выражение а п +а п-1 +…+а 1 +а 0 и записав результат в таком виде:

х=(а п ×10 п -а п)+(а п-1 ×10 п–1 -а п-1)+...+(а 1 ×10-а 1)+(а 0 -а 0)+(а п +а п-1 +…+а 1 +а 0)= =а п (10 п-1 -1)+а п-1 (10 п-1 -1)+...+а 1 × (10 п-1 -1)+(а п +а п-1 +…+а 1 +а 0).

В последней сумме каждое слагаемое делится на 9:

а п (10 п-1 - 1)M9, так как (10 п-1 -1)M9,

а п-1 (10 п-1 -1)M9, так как (10 п-1 - 1)M9 и т.д.

(а п +а п-1 +…+а 1 +а 0)M 9 по условию.

Следовательно, хM9.

Докажем обратное , т.е. если хM9, то сумма цифр его десятичной записи делится на 9.

Равенство х=а п ×10 п +а п-1 ×10 п–1 +…+а 1 ×10+а 0 запишем в таком виде:

а п +а п-1 +…+а 1 +а 0 =х-(а п (10 п -1)+а п-1 (10 п–1 -1)+...+а 1 (10-1)).

Так как в правой части этого равенства и уменьшаемое, и вычитаемое кратны 9, то по теореме о делимости разности (а п + а п-1 + …+ а 1 + а 0)M9, т.е. сумма цифр десятичной записи числа х делится на 9, что и требовалось доказать.

Например, число 34578 делится на 9, так как сумма его цифр, равная 27 делится на 9. Число 130542 не делится 9, так как сумма его цифр, равная 15, не делится на 9.

Теорема 15 (признак делимости на 3). Для того чтобы число х делилось на 3, необходимо и достаточно, чтобы сумма цифр его десятичной записи делилось на 3.

Доказательство этого утверждения аналогично доказательству признака делимости на 9.

Мы рассмотрели признаки делимости чисел на 2, 3, 4, 5, 9. Из школьного курса математики известен еще ряд других, например, на 10 и 25. Конечно, этого недостаточно, чтобы решать вопросы делимости. Существует общий признак делимости для чисел, записанных в любой позиционной системе счисления, открытый в XVII веке французским математиком Паскалем. Мы рассмотрим его для случая, когда осно­ванием системы счисления является число 10.

Теорема 16 (признак делимости Паскаля ). Число х = а п × 10 п + а п-1 × 10 п –1 + …+ а 1 × 10 + а 0 делится на число b тогда и только тогда, когда на b делится сумма а п × r п + а п-1 × r п –1 + …+ а 1 × r 1 + а 0 , где r 1 , r 2 ,…,r n - остатки от деле­ния на bразрядных единиц 10, 10 2 ,..., 10 n .

Используя этот признак, выведем, например, известный признак делимости на 3 в десятичной системе счисления.

Найдем остатки от деления разрядных единиц на 3:

10 =3×3+1(r 1 =1);

10 2 = 3×33 + 1 (r 2 = 1);

10 3 = 10 2 10= (3×33 + 1) × (3×3 + 1) =3q 3 + 1 (r 3 = 1).

На основании рассмотренных случаев можно предположить, что ("n Î N) 10 n =3q n +1. Убедиться в истинности этого утверждения можно, если воспользоваться методом математической индукции.

Таким образом, доказано, что число делится на 3 тогда и только тогда, когда сумма цифр его десятичной записи делится на 3.

Используя признак делимости Паскаля, можно доказать следующий признак делимости чисел на 11: для того чтобы число делилось на 11, необходимо и достаточно, чтобы разность между суммой его цифр, стоящих на нечетных местах, и суммой цифр, стоящих на четных местах, делилась на 11. Обычно при нахождении разности из большего числа вычитают меньшее.

Например, число 540309 делится на 11, так как (4 + 3 + 9) - (5 + 0 + 0) = 11, а 11: 11. Число 236 не делится на 11, поскольку (2 + 6) - 3 = 5, но 5 не кратно 11.

4. Наименьшее общее кратное и наибольший общий делитель

Рассмотрим известные из школьного курса математики понятия наименьшего общего кратного и наибольшего общего делителя натуральных чисел, сформулируем их основные свойства, опустив все доказательства.

Определение. Общим кратным натуральных чисел а и b называется число, которое кратно каждому из данных чисел.

Наименьшее число из всех общих кратных чисел а и b называется наименьшим общим кратным этих чисел.

Наименьшее общее кратное чисел а и b условимся обозначать К(а, b). Например, два числа 12 и 18 общими кратными являются: 36, 72, 108, 144, 180 и т.д. Число 36 - наименьшее общее кратное чисел 12 и 18. Можно записать: К(12,18) = 36.

Для наименьшего общего кратного справедливы следующие утверждения:

1. Наименьшее общее кратное чисел а и b всегда существует и является единственным.

2. Наименьшее общее кратное чисел а и b не меньше большего из данных чисел, т.е. если а > b, то К(а, b) ³ а.

3. Любое общее кратное чисел а и b делится на их наименьшее общее кратное.

Определение. Общим делителем натуральных чисел а и b называется число, которое является делителем каждого из данных чисел.

Наибольшее число из всех общих делителей чисел а и b называется наибольшим общим делителем данных чисел. Наибольший общий делитель чисел а и b условимся обозначать D(а, b).

Например , для чисел 12 и 18 общими делителями являются числа: 1,2,3,6. Число 6 - наибольший общий делитель чисел 12 и 18. Можно записать: D(12,8)=6.

Число 1 является общим делителем любых двух натуральных чисел а и b. Если у этих чисел нет иных общих делителей, то D(а, b) = 1, а числа а и b называются взаимно простыми.

Например, числа 14 и 15 - взаимно простые, так как D (14, 15) = 1.

Для наибольшего общего делителя справедливы следующие утверждения:

1. Наибольший общий делитель чисел а и b всегда существует и является единственным.

2. Наибольший общий делитель чисел а и b не превосходит меньшего из данных чисел, т.е. если а < b, то D (а, b) £ а.

3. Наибольший общий делитель чисел а и b делится на любой общий делитель этих чисел.

Наименьшее общее кратное чисел а и b и их наибольший общий делитель взаимосвязаны: произведение наименьшего общего кратного и наибольшего общего делителя чисел а и b равно произведению этих чисел, т.е.

К(а, b)×D(а,b)=а×b.

Из этого утверждения вытекают следующие следствия:

а) Наименьшее общее кратное двух взаимно простых чисел равно произведению этих чисел, т. е. D(а,b) = 1 ÞК(а,b)=а× b.

Например, чтобы найти наименьшее общее кратное чисел 14 и 15, достаточно их перемножить, так как D (14, 15) = 1.

б) Для того чтобы натуральное число а делилось на произведение взаимно простых чисел m и n, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось и на m, и на n.

Это утверждение представляет собой признак делимости на числа, которые можно представить в виде произведения двух взаимно простых чисел.

Например, так как 6=2× 3 и D(2,3)=1, то получаем признак делимости на 6: для того чтобы натуральное число делилось на 6, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось на 2 и на 3.

Заметим, что данный признак можно применять многократно. Сформулируем, например, признак делимости на 60: для того чтобы число делилось на 60, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось и на 4, и на 15. В свою очередь, число будет делиться на 15 тогда и только тогда, когда оно делится и на 3, и на 5. Обобщая, получаем следующий признак делимости на 60: для того чтобы число делилось на 60, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось на 4, на 3 и на 5.

Отношение делимости и его свойства Определение Пусть а и b N. Число а делится на число b, если существует такое натуральное число q, что а = bq а b q N , что а = bq В этом случае число b называют делителем числа а, а число а – кратным числа b 24 8, т. к. 3 N , что 24 = 8 3

Различают понятия «b делитель числа а» и «b – делитель» В выражении « 25: 8» число 8 делитель (как компонент деления), а в выражении « 24: 8» число 8 делитель числа 24 Теорема 1 1 является делителем любого натурального числа т. к. для а N а = 1· а Теорема 2 Если а b, то b а

Доказательство Так как а b, то q N, что а = bq а – b = bq – b = b · (q – 1). Поскольку а N, то q 1. Тогда b · (q – 1) 0, т. е. разность а – b 0 b а Из Теоремы 2 следует: Множество делителей данного числа а конечно – все делители меньше числа b Все делители числа 36 образуют конечное множество {1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 36}

Свойства отношения делимости Теорема 3 (а N) а а, т. е. отношение делимости рефлексивно Доказательство (а N) а = а · 1. Так как 1 N делимости, а а

Теорема 4 (а b и а b) b а, т. е. отношение делимости антисимметрично Доказательство (от противного) Пусть неверно, что b а а b (по теореме 2) По условию а b и а b b а (по теореме 2) Неравенства а b и b а будут справедливы лишь тогда, когда а = b, что противоречит условию теоремы. Следовательно, наше предположение неверно

Теорема 5 а b и b с а с, т. е. отношение делимости транзитивно Доказательство Так как а b q N, что а = bq Так как b с р N, что b = ср а = bq = (ср)q = c(pq). Число pq N. Значит, по определению отношения делимости, а с

Теорема 6 (признак делимости суммы) Если каждое из натуральных чисел а 1, а 2, . . . , аn делится на натуральное число b, то и их сумма а 1 + а 2 +. . . + аn делится на это число Доказательство Так как а 1 b, то q 1 N, что а 1= b q 1 Так как а 2 b, то q 2 N, что а 2= b q 2 ……………………. Так как аn b, то qn N, что аn= b qn

а 1 + а 2 +. . . + аn = b (q 1 + q 2 +. . . + qn) = bq q = q 1 + q 2 +. . . + qn , т. е. q N т. е. сумма а 1 + а 2 +. . . + аn есть произведение числа b и натурального числа q. Следовательно, сумма а 1 + а 2 +. . . + аn делится на b Пример Сумма (175 + 360 + 915) 5, т. к. 175 5 и 360 5 и 915 5

Теорема 7 (признак делимости разности) Если а 1 b, а 2 b и а 1 > а 2, то (а 1 – а 2) b Доказательство аналогично доказательству теоремы 6

Теорема 8 (признак делимости произведения) Если а b, то ах b, где х N Доказательство Так как а b, то q N, что а = bq на х ах = (bq)x = b(qx), т. е. ах = b(qx), где qx N по определению отношения делимости ax b

Из теоремы 8 следует, что если один из множителей произведения делится на натуральное число b, то и все произведение делится на b Пример Произведение (24 · 976 · 305) 12, так как 24 12 Теорема 9 Если в сумме одно слагаемое не делится на число b, а все остальные слагаемые делятся на число b, то вся сумма на число b не делится

Пример Сумма (34 + 125 + 376 + 1024) 2, так как 34 2, 376 2, 124 2, но 125 2 Теорема 10 Если в произведении ab множитель а делится на натуральное число m, а множитель b делится на натуральное число n, то ab делится на mn Доказательство основано на теореме 8

Теорема 11 Если ас bс и с N, то а b Доказательство Так как ас bс, то q N такое, что ас = (bc)q ас = (bq)c, следовательно, а = bq, т. е. a b

Признаки делимости Теорема 12 (признак делимости на 2) Для того чтобы число х делилось на 2, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась одной из цифр 0, 2, 4, 6, 8 Доказательство 1) Пусть число х записано в десятичной системе счисления: х = аn · 10 n + аn-1 · 10 n – 1 +. . . + а 1 · 10 + а 0 , где аn, аn-1, . . . а 1 принимают значения 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, аn 0 и а 0 принимает значения 0, 2, 4, 6, 8

х = аn· 10 n+аn-1· 10 n -1+. . . + а 1· 10 + а 0 = = (аn· 10 n-1 + аn-1· 10 n -2+. . . + а 1) · 10 + а 0 делится на 2, т. к. 10 2 а 0 тоже делится на 2, т. к. по условию заканчивается на 0, 2, 4, 6 или 8

2) Докажем, что, если число х 2, то а 0 приминимает значения 0, 2, 4, 6 или 8 х = аn· 10 n + аn-1· 10 n -1 +. . . + а 1· 10 + а 0 = х – (аn· 10 n + аn-1· 10 n -1+. . . + а 1· 10) делится на 2, т. к. 10 2 Число х 2 по условию а 0 2

Теорема 13 (признак делимости на 5) Для того чтобы число х делилось на 5, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась цифрой 0 или 5 Доказательство аналогично признака делимости на 2 доказательству

Теорема 14 (признак делимости на 4) Для того чтобы число х делилось на 4, необходимо и достаточно, чтобы на 4 делилось двузначное число, образованное последними двумя цифрами десятичной записи числа х Доказательство 1) х = аn· 10 n+аn-1· 10 n -1+. . . а 2 102 + а 1· 10 + а 0 = = (аn· 10 n-2 + аn-1· 10 n -3+. . . + а 2) · 102 + а 1 10 + а 0 делится на 4, т. к. 102 4 делится на 4 по условию

2) Докажем, что, если число х 4, то (а 1 10 + а 0) образует двузначное число, которое делится на 4 х = аn· 10 n + аn-1· 10 n -1+. . . + а 2 10 2 + а 1· 10 + а 0 = х – (аn· 10 n + аn-1· 10 n -1+. . . + а 2 10 2) делится на 4, т. к. 102 4 Число х 4 по условию (а 1· 10 + а 0) 4

Пример 1) Число 1 5 7 8 7 2 4 72 4 2) Число 9 8 7 6 4 1 4 41 4

Теорема 15 (признак делимости на 9) Для того чтобы число х делилось на 9, необходимо и достаточно, чтобы сумма цифр его десятичной записи делилось на 9 Доказательство 1) Докажем, что (10 n – 1) 9

10 n – 1 = 10 10 n-1 – 1 = (9 + 1) 10 n-1 – 1 = = (9 · 10 n - 1 + 10 n - 1) – 1 = = (9 · 10 n - 1 + 9 · 10 n - 2 + 10 n - 2) – 1 = = (9 · 10 n-1 + 9 · 10 n-2 +. . . + 10) – 1 = = 9 · 10 n-1 + 9 · 10 n-2 + 10 n-2 +. . . + 9 = 9 · (10 n-1 + 10 n-2 + 10 n-2 +. . . + 1) делится на 9 (10 n – 1) 9

2) К десятичной записи числа х: х = аn · 10 n + аn-1 · 10 n – 1 +. . . + а 1 · 10 + а 0 прибавим и вычтем выражение (аn+ аn-1+. . . + а 0) Получим: х = (аn· 10 n – аn) + (аn-1 · 10 n-1– аn-1) +. . . + (а 1· 10 – а 1) + (а 0 – а 0) + (аn +аn-1 +. . . + а 1 + а 0) = делится на 9, т. к. каждое слагаемое содержит множитель (10 n – 1) = аn· (10 n – 1) + аn-1· (10 n-1 – 1)+. . . + а 1· (10 – 1) + + (аn + аn-1 +. . . + а 1 + а 0) делится на 9 по условию

3) Докажем, что, если число х 9, то (аn+ аn-1+. . . + а 0) 9 Равенство запишем в виде: х = (аn· 10 n – аn) + (аn-1 · 10 n-1– аn-1) +. . . + (а 1· 10 – а 1) + + (а 0 – а 0) + (аn +аn-1 +. . . + а 1 + а 0) аn +аn-1 +. . . + а 1 + а 0 = = х – (аn· (10 n – 1) + аn-1 ·(10 n-1 – 1) +. . . + а 1· (10 – 1)) В правой части этого равенства уменьшаемое и вычитаемое кратны 9, то по теореме о делимости разности (аn +аn-1 +. . . + а 1 + а 0) 9

Пример Число 34578 9, так как 3 + 4 + 5 + 7 + 8 = 27, 27 9 Число 130542 не делится 9, так как 1 + 3 + 0 + 5 + 4 + 2 = 15, 15 не делится на 9

Теорема 16 (признак делимости на 3) Для того чтобы число х делилось на 3, необходимо и достаточно, чтобы сумма цифр его десятичной записи делилось на 3 Доказательство аналогично доказательству признака делимости на 9

Наименьшее общее кратное и общий делитель наибольший Определение Общим кратным натуральных чисел а и b называется число, которое кратно каждому из данных чисел Наименьшее число из всех общих кратных чисел а и b называется наименьшим общим кратным этих чисел Наименьшее общее кратное чисел а обозначают К(а, b) и b

Общими кратными чисел 12 и 18 являются: 36, 72, 108, 144, 180 … Число 36 – наименьшее общее кратное чисел 12 и 18 Пишут: К(12, 18) = 36 Свойства К(а, b) 1. Наименьшее общее кратное чисел а и b всегда существует и является единственным 2. Наименьшее общее кратное чисел а и b не меньше большего из данных чисел, т. е. если а > b, то К(а, b) > а 3. Любое общее кратное чисел а и b делится на их наименьшее общее кратное

Определение Общим делителем натуральных чисел а и b называется число, которое является делителем каждого из данных чисел Наибольшее число из всех общих делителей чисел а и b называется наибольшим общим делителем данных чисел. Наибольший общий делитель чисел а и b обозначают D(a, b) Общими делителями чисел 12 и 18 являются числа: 1, 2, 3, 6 Число 6 – наибольший общий делитель чисел 12 и 18 Пишут: D(12, 18) = 6

Число 1 является общим делителем любых двух натуральных чисел а и b Определение D(a, b) = 1, то числа а и b называются взаимно простыми Пример Числа 14 и 15 – взаимно простые, так как D(14, 15) = 1

Свойства D (а, b) 1. Наибольший общий делитель чисел а и b всегда существует и является единственным 2. Наибольший общий делитель чисел а и b не превосходит меньшего из данных чисел, т. е. если а

Произведение наименьшего общего кратного и наибольшего общего делителя чисел а и b равно произведению этих чисел, т. е. К(a, b) · D(a, b) = а · b Следствия 1) Наименьшее общее кратное двух взаимно простых чисел равно произведению этих чисел, т. е. D(a, b) = 1 K(a, b) = a · b Например, К(14, 15) = 14 15, так как D (14, 15) = 1

2) Признак делимости на составное число: Для того чтобы натуральное число а делилось на произведение взаимно простых чисел m и n, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось и на m, и на n Пример 6 = 2 · 3 и D(2, 3) = 1, то получаем признак делимости на 6: для того, чтобы натуральное число делилось на 6, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось на 2 и на 3 Данный признак можно применять многократно

Задача Сформулируйте признак делимости на 60 Для того, чтобы число делилось на 60, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось и на 4, и на 15, где D(4, 15) = 1. В свою очередь, число будет делиться на 15 тогда и только тогда, когда оно делится и на 3, и на 5, где D(3, 5) = 1 Таким образом признак делимости на 60: Для того, чтобы число делилось на 60, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось на 4, на 3 и на 5

3) Частные, получаемые при делении двух данных чисел на их наибольший общий делитель, являются взаимно простыми числами Например, проверим, является ли число 12 наибольшим общим делителем чисел 24 и 36. Для этого разделим 24 и 36 на 12. Получим соответственно числа 2 и 3, где D (2, 3) = 1, т. е. 2 и 3 являются взаимно простыми. Следовательно, D(24, 36) = 12

Простые и составные числа Определение Простыми называются числа, которые делятся только на себя и на единицу Определение Составными называются числа, которые имеют более двух делителей Единица не относится ни к простым, ни к составным числам Числа 2, 5, 17, 61 и т. д. – простые, числа 4, 25, 102 и т. д. – составные

Свойства простых чисел 1. Если простое число p делится на некоторое натуральное число n, где n ≠ 1, то оно совпадает с n Действительно, если p ≠ n, то число р имеет три делителя: 1, n и p, а тогда оно не простое 2. Если p и q – простые числа и р ≠ q, то p не делится на q Если p – простое число, то оно имеет только два делителя: 1 и р. По условию q тоже простое, значит q ≠ 1 и q ≠ р Следовательно, q не является делителем числа p Числа 17 и 11 – простые, значит 17 не делится на 11

3. Если натуральное число a не делится на простое число p, то а и p взаимно просты, т. е. D (а, р) = 1 Например, 25 не делится на 7, значит 25 и 7 – взаимно просты 4. Если произведение двух натуральных чисел а и b делится на простое число p, то хотя бы одно из них делится на p Например, 25 39 = 975. Число 975 делится на 3, т. к. 9 + 7 + 5 = 21. Но число 25 не делится на 3, следовательно, 39 делится на 3

5. Если натуральное число больше 1, то оно имеет хотя бы один простой делитель Действительно, все простые числа имеют простые делители – сами эти числа, составные числа можно раскладывать на множители до тех пор, пока они не станут простыми числами Например, 240 > 1, значит имеет хотя бы один простой делитель, это число 2 (или 5)

6. Наименьший простой делитель составного числа а не превосходит Доказательство Пусть а – составное число, а р – его наименьший простой делитель. Тогда а = рb. При этом р b, т. к. иначе простой делитель числа b был бы меньше, чем р, а тогда а имело бы простые делители, меньшие чем р. Умножим обе части неравенства на р. Получим, р2 рb рb = а. Поэтому, р2 а, т. е. р

Теорема – Основная теорема арифметики Любое составное число можно единственным образом представить в виде произведения простых множителей где а 1, а 2, а 3, …, аk – простые числа, n 1, n 2, n 3, … , nk – показатели, с которыми входят простые числа в разложение числа х Такое разложение числа на простые множители называют каноническим

Пример 110 = 2 · 5 · 11 – произведение простых множителей есть разложение числа 110 на простые множители Два разложения числа на простые множители считают одинаковыми, если они отличаются друг от друга лишь порядком множителей 110 = 2 · 5 · 11 = 5 · 11 · 2 - одно и то же разложение

Способ разложения числа на простые множители 90 2 45 3 15 3 5 5 только простые числа 1 Таким образом, 90 = 2 · 3 · 5 · 1 = 2 · 32 · 5 60 = 22 · 3· 5; 72 = 23 · 32

Решето Эратосфена Эратосфеном (III в. до н. э.) был придуман способ получения простых чисел, не превышающих натурального числа а (решето Эратосфена) Найдем все простые числа до 50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Бесконечность множества простых чисел Теорема, доказанная Евклидом Множество простых чисел бесконечно Доказательство Пусть множество простых чисел конечно и состоит из чисел: 2, 3, 5, 7, . . . , p, где р – наибольшее простое число. Найдем произведение всех простых чисел 2 3 5 7 . . . p = а. Прибавим к а единицу. Число а + 1 простым не является, т. к. а + 1 > р наибольшего простого числа (по предположению)

Пусть а + 1 – составное число (а + 1) должно иметь хотя бы один простой делитель q р. Так как число а = 2 · 3 · 5 · р также делится на это простое число q, то и разность (а + 1) – а делится на q, т. е. число 1, делится на q, что невозможно Итак, число а не является ни простым, ни составным. Но этого тоже не может быть – всякое число, отличное от 1, либо простое, либо составное. Следовательно, предложение о том, что множество простых чисел конечное и есть самое большое простое число, неверно, и значит, множество простых чисел бесконечное

Способы нахождения наибольшего общего делителя и наименьшего общего кратного чисел 1 способ Чтобы найти НОД двух чисел, можно перечислить все их общие делители и выбрать из них наибольший Пример Даны числа 120 и 486 Делители числа 120: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 24, 30, 40, 60, 120 Делители числа 486: 1, 2, 3, 6, 9, 27, 54, 81, 162, 243, 486 Общие делители: 1, 2, 3, 6 Наибольшим общим делителем является число 6

Чтобы найти НОК двух чисел, можно перечислить некоторые их общие кратные и выбрать из них наименьший Пример Даны числа 60 и 48 Кратные числа 60: 60, 120, 180, 240, 300, 360, 420, 480, 540, . . . Кратные числа 48: 48, 96, 144, 192, 240, 288, 336, 384, 432, 480, . . . Общие кратные чисел 60 и 48: 240, 480, . . . Наименьшим общим кратным является число 240

2 способ – основан на разложении данных чисел на простые множители Алгоритм нахождения наибольшего общего делителя данных чисел: 1) представить каждое данное число в каноническом виде; 2) образовать произведение общих для всех данных чисел простых множителей, каждый с наименьшим показателем, с каким он входит во все разложения данных чисел; 3) найти значение этого произведения – оно и будет наибольшим общим делителем данных чисел

Пример Даны два числа 3600 и 288 Каноническое разложение этих чисел: 3600 = 24 32 52; D(3600, 288) = 24 32 = 144 288 = 25 32

Алгоритм нахождения наименьшего общего кратного данных чисел: 1) представить каждое данное число в каноническом виде; 2) образовать произведение всех простых множителей, находящихся в разложениях данных чисел, каждый с наибольшим показателем, с каким он входит во все разложения данных чисел; 3) найти значение этого произведения – оно и будет наименьшим общим кратным данных чисел

Пример Даны два числа 3600 и 288 Каноническое разложение этих чисел: 3600 = 24 32 52; 288 = 25 32 K(3600, 288) = 25 32 52 = 7200

3 способ – алгоритм Евклида Алгоритм Евклида основан на следующих утверждениях: 1. Если а делится на b, то D(a, b) = b 2. Если a = bq + r и r

Src="https://present5.com/presentation/3/71306524_41475257.pdf-img/71306524_41475257.pdf-55.jpg" alt="Пусть а > b Если а делится на b, то D(a, b) = b"> Пусть а > b Если а делится на b, то D(a, b) = b Если при делении а на b, получается остаток r, то а = bq + r и D(a, b) = D(b, r) Найдем D(b, r) Если b делится на r, то D(b, r) = r и тогда D(a, b) = r Если при делении b на r получается остаток r 1, то b = rq 1 + r 1, и тогда D(r, r 1) = D(b, r) = D(a, b) Найдем D(r, r 1)

Продолжая описанный процесс, получаем все меньшие и меньшие остатки. В результате получим остаток, на который будет делиться предыдущий остаток. Этот наименьший, отличный от нуля, остаток и будет наибольшим общим делителем чисел а и b Найти НОК и НОД чисел можно по формуле: К(a, b) · D(a, b) = а · b К(а, b) = а · b: D(a, b) = а · b: К(а, b)

Пример Найдите по алгоритму Евклида наибольший общий делитель чисел 2585 и 7975 = 2585 3 + 220 2585 = 220 11 + 165 220 = 165 1 + 55 165 = 55 3 + 0 Значит, D(7975, 2585) = 55, К(7975, 2585) = = (7975 2585) : 55 = = 20615375: 55 = 374825

7975 7555 2585 220 385 220 165 165 0 55 3 165 1 220 11 2585 3

Понятие отношения делимости

Определение. Число а делится на число в тогда и только тогда, когда существует такое число q, что а = в × q. а в ( q N 0) [а = вq].

Обозначают: а в. Читают: «число а кратно числу в», «число в – делитель числа а», «а кратно в».

Равенство а=вq называют формулой кратности числа а числу в.

Число а, кратное 2, называют четным. Общий вид четного числа: а = 2n, n N 0 .

Число, кратное 3 имеет формулу: а = 3n, n N 0 .

Определение. Отношение делимости на множестве N 0 N содержит те и только те пары чисел (а, в), у которых первая координата кратна второй. Обозначают: « ».

« » = {(а, в)| (а, в) N 0 N а в}.

Если отношение делимости обозначить , то N 0 N ={(а, в)| (а, в) N 0 N а=вq}.

Теорема. Делитель в данного числа а не превышает этого числа, то есть, если а в в а.

Доказательство. Так как а в, то ( q N 0) [а = вq] а – в=вq-в=в(q – 1), так как q N q 1.

Тогда в (q – 1) 0 в а. Из определения отношения делимости и равенства а = 1 × а, следует, что 1 является делителем для любого натурального числа.

Следствие. Множество делителей данного числа конечно.

Например, делители числа 18 является конечное множество: {1, 2, 3, 6, 9, 18}.

Свойства отношения делимости

1. Отношение делимости рефлексивно, то есть любое натуральное число делится само на себя: ( а N) [(а,а) ], то есть а: а = 1.

Доказательство. ( а N)[а = а × 1] по определению отношения делимости а: а.

2. Отношение делимости антисимметрично, то есть для различных чисел а и в из того, что а в, следует, что в не кратно а. ( а, в N 0 N)[а в а в ].

Доказательство. Допустим, что в а, тогда в а. Но по условию а в, так как а в.

Неравенства в а а в истины только в том случае, если а = в. пришли к противоречию с условием. Следовательно, допущение, что в а Л. Таким образом, отношение делимости антисимметрично.

3. Отношение делимости транзитивно. ( а,в,с N 0 N)[а в в с а с].

Доказательство. Если а в ( q N)[а = вq] (1) Из того, что в с ( t N)[в = сt] (2)

Подставим в = сt в равенство (1), получим: а = (сt)q = c(tq), t,q N tq N tq = р а = ср, р N. А это значит, что а с.

Признаки делимости. Делимость суммы, разности, произведения

Определение. Признаком делимости называется предложение, в котором доказывается как можно предсказать делимость одного числа на другое, не выполняя деления этих чисел.

Теорема (признак делимости суммы). Если числа а и в делится на число n, то их сумма делится на это число, ( а,в, n N 0 N)[а n в n (а + в) n].

Доказательство. Из того что а n в n (по определению отношения делимости)

а=nq 1 (1), q 1 N. в=nq 2 (2), q 2 N. Преобразуем сумму (а + в) к виду:

а + в = nq 1 + nq 2 = n (q 1 + q 2) = nq,q = q 1 + q 2 . а + в = nq.

Следовательно, по определению отношения делимости, что (а + в) n.

Теорема (признак делимости разности). Если числа а и в делятся на число n и а в, то их разность а – в делится на число n, то есть

( а,в,n N 0 N)[а n в n а в (а – в) n].

Теорема (признак делимости произведения). Если один из множителей произведения делится на число n, то и все произведение делится на число n.

( а,в,n N 0 N)[а n (ав) n].

Доказательство. Из того, что а n а = nq (1). Умножим обе части равенства (1) на в N, получим: ав = nqв (по ассоциативности умножения) ав = n(qв) = nt, где t = qв ав = nt. А это значит, что ав n (по определению отношения делимости). Таким образом, для делимости произведения на число достаточно чтобы на данное число делился хотя бы один из множителей этого произведения.

Теорема. Если в произведении ав множитель а делится на натуральное число m, а множитель в делится на натуральное число n, то ав делится на mn.

( а,в,m,n N)[а m в n ав mn].

Доказательство. Из того, что а m а = mq 1 , q 1 N; в n в = nq 2 , q 2 N

ав = mq 1 × nq 2 , = mn(q 1 × q 2) = mnq, q 1 × q 2 = q N. ав = mnq ав mn.

Теорема (признак делимости на 2). Для того, чтобы число х делилось на 2 необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась одной из цифр: 0, 2, 4, 6, 8.

Доказательство. Пусть число х записано в десятичной системе счисления, то есть:

х = а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 1 10 + a 0 , где а n , a n –1 , …, а 1 – цифры, принимающие значения 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и а n 0, а 0 – принимает значения 0, 2, 4, 6, 8.

Докажем, что число х 2. Так как 10 2, то любая степень числа 10 2. Десятичную запись числа х представим в виде: х = (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 1 10) + a 0

I слагаемое II слагаемое

В этой сумме первое слагаемое по признаку делимости суммы делится на 2. Второе слагаемое а 0 2 (по условию). Следовательно, по признаку делимости суммы на число х делится на 2.

Обратно, если число х делится на 2, то его десятичная запись оканчивается цифрой 0, 2, 4, 6, 8.

Запишем число х = а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 1 10 + a 0 в виде: а 0 = х – (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 1 10).

В этой разности число х 2 (по условию), вычитаемое (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 1 10) 2 (по признаку делимости суммы). Следовательно, по теореме о делимости разности а 0 2. Чтобы однозначное число а 0 делилось на 2, оно должно принимать значения 0, 2, 4, 6, 8.

Признак делимости на 2. На 2 делятся те и только те числа, в разряде единиц которых содержится число, делящееся на 2 или на 2 делятся те и только те числа, десятичная запись которых оканчивается одной из цифр 0, 2, 4, 6, 8.

Теорема (признак делимости на 5). Для того, чтобы число х делилось на 5, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась цифрой 0 или 5.

Лемма . ( n N) .

Доказательство. Так как 100 = 4 × 25, то по признаку делимости произведения

100 4. Тогда ( n N n > 1) 10 n = 100 × 10 n–2 и по признаку делимости произведения 10 n 4.

Теорема (признак делимости на 4). Натуральное число х делится на 4 тогда и только тогда, когда две последние цифры его десятичной записи образуют двузначное число, делящееся на 4.

Пусть х = а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 1 10 + a 0 и пусть десятичная запись двух последних цифр a 1 10 + a 0 выражает число , которое делится на 4.

Доказательство. Представим число х в виде суммы двух слагаемых:

х = (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 2 10 2) + (а 1 10 + а 0),

I слагаемое II слагаемое

где первое слагаемое, по доказанной выше Лемме, делится на 4, второе слагаемое делится на 4 по условию. Следовательно, согласно признака делимости суммы на число, число х делится на 4.

Обратно, если число х 4, то – двузначное число, образованное последними цифрами его десятичной записи, делится на 4.

По условию х 4. Докажем, что (а 1 10 + а 0) 4.

Доказательство. Десятичная запись числа х имеет вид:

х = а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+а 2 10 2 + a 1 10 + a 0 , представим число х в виде суммы двух слагаемых:

х = (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 2 10 2) + (а 1 10 + а 0) и запишем равенство в виде:

х – (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 2 10 2) = а 1 10 + а 0 , где х 4 (а n 10 n + a n –1 10 n –1 + …+a 2 10 2) 4 (по лемме).

Следовательно, по признаку делимости разности а 1 10 + а 0 4. выражение а 1 10 + а 0 = – есть запись двузначного числа, образованного последними цифрами записи числа х.

Признак делимости на 4. На 4 делятся те и только те числа, две последние цифры десятичной записи которых образуют число, делящееся на 4.

Теорема. Для того чтобы число х делилось на 25 необходимо и достаточно, чтобы на 25 делилось двузначное число, образованное последними двумя цифрами десятичной записи числа х.

Доказывается аналогично.

Признак делимости на 25. На 25 делятся те и только те числа, у которых две последние цифры в записи числа 00, 25, 50, 75.

Лемма. ( n N) [(10 n – 1) 9].

Докажем методом математической индукции.

1. Проверим справедливость утверждения для n = 1, И 3

Признак делимости на 3. На 3 делятся те и только те числа, сумма цифр которых делится на 3.

Лекция 4. Делимость на множестве целых неотрицательных чисел

1. Понятие отношения делимости, его свойства.

2. Признаки делимости суммы, разности, произведения.

3. Признаки делимости на 2, 3, 4, 5, 9 (два доказать).

В начальном курсе математики делимость натуральных чисел, как правило, не изучается, но многие факты из этого раздела математики неявно используются.

Отношение делимости и его свойства

Рассмотрим отношение делимости на множестве целых неотрицательных чисел.

Определение 1. Пусть даны целые неотрицательные числа а и b . Говорят, что число а b , если существует такое целое неотрицательное число q , что а=bq . В этом случае число b называют делителем числа а , а число а - кратным числа b.

Обознаение: а b и говорят а кратно b , а b называют делителем числа а .

Заметим, что понятие "делитель данного числа" следует отличать от понятия "делитель", обозначающего то число, на которое делят. Например, если 18 делят на 5, то число 5 - делитель, но не является делителем числа 18. Если 18 делят на 6, то в этом случае понятия "делитель" и "делитель данного числа" совпадают.

Замечание. Из определения 1 и равенства а=1а , следует, что 1 является делителем любого целого неотрицательного числа.

Свойства отношения делимости:

Отношение делимости рефлексивно, антисимметрично, транзитивно.

Теорема 1. Отношение делимости рефлексивно, т.е. любое натуральное число делится само на себя
.

Доказательство:

Для справедливо равенство а=а 1. Т.к. 1 , то по опр. 1 .

Теорема 2. Отношение делимости антисимметрично, т. е.

Доказательство (методом от противного): Предположим, что
. Тогда очевидно, что b≥a. Но по условию
и значит а≥b. Выполнение этих неравенств возможно только при а=b, что противоречит условию. Следовательно, наше предположение неверно и справедливость свойства установлена.

Теорема 3. Отношение делимости транзитивно, то есть

Доказательство:

Т.к.
, то по опр.1 . Аналогично, т.к. b с, то .

Тогда a=bq=(cp)q=c(pq). Число рq- натуральное. Это означает по опр.1, что а с.

Таким образом, отношение делимости на множестве N, обладая свойствами рефлексивности, антисимметричности и транзитивности, является отношением нестрогого порядка.

Делимость суммы, разности, произведения целых неотрицательных чисел

Теорема 4 (признак делимости суммы): Если каждое слагаемое суммы делится на натуральное число b, то и вся сумма делится на это число, то есть

Доказательство: Пусть
. Тогда существуют q 1 ,q 2 ,…q n
N такие, что выполняются равенства: а 1 =bq 1 , а 2 =bq 2 , …, а 1 n = bq n . Из этих равенств следует, что а 1 +а 2 +…а n =bq 1 +bq 2 +…+bq n =b(q 1 +q 2 +…+q n), где q 1 +q 2 +…+q n =q
N 0 . По определению отношения делимости это означает, что .

Теорема 5 (признак делимости разности): Если каждое из чисел а и b делится на с и а≥b , то разность а-b делится на с , т. е. если .

Доказательство: Пусть
. Тогда существуют q 1 ,q 2
N такие, что а=cq 1 , b=cq 2 . Поскольку а≥b, то q 1 >q 2 . Таким образом, имеем а-b =cq 1 -cq 2 =c(q 1 -q 2)=cq, где q 1 -q 2 =q
N. Следовательно, .

Теорема 6 (признак делимости произведения): Если хотя бы один из множителей произведения делится на натуральное число b, то и все произведение делится на это число, то есть
.

Доказательство: Пусть а k b, тогда существует q
N такое, что а k =bq. Отсюда, используя коммутативный и ассоциативный законы умножения, можем записать . Поскольку произведение целых неотрицательных чисел является целым неотрицательным числом, то последнее равенство означает, что
.

Теорема 7: Если в произведении ab множитель а делится на натуральное число m , а множитель b делится на натуральное число n , то произведение ab делится на произведение nm , то есть .

Доказательство: Пусть a m и b n, тогда существуют q 1 ,q 2
N такие что, a=mq 1 , b=nq 2 . Отсюда на основании комм. и ассоц. законов умножения имеем ab=(mq 1)(nq 2)=(mn)(q 1 q 2)=(mn)q, где q 1 q 2 =q
N . следовательно, ab mn.

Теорема 8: Если в сумме одно слагаемое не делится на натуральное число b , а все остальные слагаемые делятся на это число, то и вся сумма на число b не делится.

Доказательство: Пусть S=a 1 +a 2 +…+a n +c, где а 1 b, a 2 b, …, a n b, но
. Докажем, что
. Предположим противное, то есть S b. Тогда с=S-(a 1 +a 2 +…+a n), где S b, и (a 1 +a 2 +…+a n) b. По теореме о делимости разности это означает, что с b. Полученное противоречие и доказывает теорему.

Признаки делимости

Теорема 9 (признак делимости на 2) Для того чтобы число х делилось на 2, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась одной из цифр 0,2,4,6,8.

Доказательство. Пусть число х

х = а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 , где а n , а n-1,…, a 1 принимают значения 0, 1, 2, ...9, а n ≠0 и а 0 принимает значения 0,2,4,6,8. Докажем, что тогда х: .2.

Так как 10: .2, то 10 2: .2, 10 3: .2,…,10 n: .2 и, значит, (а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10) : .2. По условию а 0 тоже делится на 2, поэтому число х можно рассматривать как сумму двух слагаемых, каждое из которых делится на 2. Следовательно, согласно признаку делимости суммы, число хделится на 2.

Докажем обратное: если число х делится на 2, то его десятичная запись оканчивается одной из цифр 0,2,4,6,8.

Запишем равенство х = а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 в таком виде: а 0 = х - (а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10). Но тогда, по теореме о делимости разности, а 0: . 2, поскольку х: . 2 и (а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10) : . 2. Чтобы однозначное число а 0 делилось на 2, оно должно принимать значения 0,2,4,6,8.

Теорема 10 (признак делимости на 5). Для того чтобы число х делилось на 5, необходимо и достаточно, чтобы его десятичная запись оканчивалась цифрой 0 или 5.

Доказать самостоятельно!

Доказательство этого признака аналогично доказательству признака делимости на 2.

Теорема 11 (признак делимости на 4). Для того чтобы число х делилось на 4, необходимо и достаточно, чтобы на 4 делилось двузначное число, образованное последними двумя цифрами десятичной записи числа х .

Доказательство . Пусть число х записано в десятичной системе счисления, т.е.

х = а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 и последние цифры в этой записи образуют число, которое делится на 4. Докажем, что тогда х: . 4.

Так как 100: . 4, то (а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 2 · 10 2) : . 4. По условию, а 1 ·10 + а 0 (это и есть запись двузначного числа) также делится на 4. Поэтому число х можно рассматривать как сумму двух слагаемых, каждое из которых делится на 4. Следовательно, согласно признаку делимости суммы, и само число х делится на 4.

Докажем обратное, т.е. если число х делится на 4, тo двузначное число, образованное последними цифрами его десятичной записи, тоже делится на 4.

Запишем равенство х = а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 в таком виде:

а 1 · 10 + а 0 = х- (а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 2 · 10 2) .

Так как х: . 4 и (а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 2 · 10 2) : . 4, то по теореме о делимости разности (а 1 · 10 + а 0) : . 4. Но выражение а 1 · 10 + а 0 есть запись двузначного числа, образованного последними цифрами записи числа х.

Теорема12 (признак делимости на 9) Для того чтобы число х делилось на 9, необходимо и достаточно, чтобы сум­ма цифр его десятичной записи делилось на 9.

Доказательство . Докажем сначала, что числа вида 10 n - 1 делятся на 9. Действительно, 10 n - 1 = (9·10 n-1 + 10 n-1) - 1 = (9·10 n-1 +9·10 n-2 + 10 n-2)-1 = (9·10 n-1 +9·10 n-2 + …+10)-1=9·10 n-1 +9·10 n-2 + …+9. Каждое слагаемое полученной сум­мы делится на 9, значит, и число 10 n - 1 делится на 9.

Пусть число х = а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 и (a n +a n-1 +…+a 1 +a 0) : . 9. Докажем, что тогда х: . 9.

Преобразуем сумму а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 , при­бавив и вычтя из нее выражение a n +a n-1 +…+a 1 +a 0 и записав результат в таком виде:

х = (а n ·10 - a n)+( а n-1 ·10 n-1 - a n-1)+…+( а 1 · 10 - a 1)+ (а 0 – а 0)+ (a n +a n-1 +…+a 1 +a 0)= =а n ·(10 n -1)+ a n-1 ·(10 n-1 -1)+…+ a 1 ·(10 -1)+ (a n +a n-1 +…+a 1 +a 0).

В последней сумме каждое слагаемое делится на 9:

а n ·(10 n -1) : . 9, так как (10 n -1) : . 9,

a n-1 ·(10 n-1 -1) : . 9,так как(10 n-1 -1) : . 9 и т.д.

a 1 ·(10 -1) : . 9, так как (10- 1) : . 9,

(a n +a n-1 +…+a 1 +a 0) : . 9 по условию.

Следовательно, х: . 9.

Докажем обратное, т.е. если х: . 9, то сумма цифр его деся­тичной записи делится на 9.

Равенство х = а n ·10 + а n-1 ·10 n-1 + ... + а 1 · 10 + а 0 запи­шем в таком виде:

a n +a n-1 +…+a 1 +a 0 = х - (а n (10 n - 1) + а n-1 ·(10 n-1 -1) +…+ a 1 ·(10 -1).

Так как в правой части этого равенства и уменьшаемое, и вычитаемое кратны 9, то по теореме о делимости разности (a n +a n-1 +…+a 1 +a 0) : . 9, т.е. сумма цифр десятичной записи числа x делится на 9, что и требовалось доказать.

Теорема15 (признак делимости на 3): Для того чтобы число х делилось на 3, необходимо и достаточно, чтобы сум­ма цифр его десятичной записи делилась на 3.

Доказательство этого утверждения аналогично доказа­тельству признака делимости на 9.

Как уже отмечалось, натуральное число а делится нацело на натуральное число b, если существует натуральное число с, при умножении которого на b получается а:

Слово «нацело» обычно опускают – для краткости.

Если а делится на b, то говорят еще, что а кратно b. Например, число 48 кратно числу 24.

Теорема 1. Если один из множителей делится на некоторое число, то и произведение делится на это число .

Например, 15 делится на 3, значит, и 15∙11 делится на 3, потому что 15∙11=(3∙5)∙11=3∙(5∙11).

Эти рассуждения подходят и для общего случая. Пусть число а делится на с, тогда найдется такое натуральное число n, что a = n∙c. Рассмотрим произведение числа а и произвольного натурального числа b. a∙b = n∙(c∙b) =
= n∙(b∙c) = (n∙b)∙c. Отсюда, по определению, вытекает, что произведение a∙b тоже делится на с. Что и требовалось доказать.

Теорема 2. Если первое число делится на второе, а второе делится на третье, то первое число делится на третье .

Например, 777 делится на 111, потому что 777=7∙111, а 111 делится на 3, потому что 111 = 3∙37. Из этого следует, что 777 делится на 3, так как 777 = 3∙(37∙7).

В общем случае эти рассуждения можно повторить почти дословно. Пусть число а делится на число b, а число b делится на число с. Это означает, что найдутся такие натуральные числа n и m, что a = n∙b и b = m∙c. Тогда число а можно представить в виде: а = n∙b = n∙(m∙c) = (n∙m)∙c. Равенство а = (n∙m)∙c означает, что число а тоже делится на с.

Теорема 3. Если каждое из двух чисел делится на некоторое число, то их сумма и разность делятся на это число .

Например, 100 делится на 4, потому что 100=25∙4; 36 тоже делится на 4, потому что 36 = 9∙4. Из этого следует, что 136 делится на 4, потому что

136 = 100+ 36 = 25∙4+ 9∙4 = (25+ 9)∙4 = 34∙4.

Можно также заключить, что число 64 делится на 4, потому что

64 = 100 – 36 = 25∙4 – 9∙4 =(25 – 9)∙4= 16∙4.

Докажем теорему в общем случае. Пусть каждое из чисел а и b делится на число с. Тогда, по определению, найдутся такие натуральные числа n и m, что
а = n∙c и b = m∙c. Рассмотрим сумму чисел а и b.

a + b = n∙c + m∙c = (n + m)∙c.

Отсюда следует, что а + b делится на с.

Аналогично, а – b = n∙c – m∙c = (n – m)∙c. Следовательно, а – b делится на с.

Теорема 4. Если одно из двух чисел делится на некоторое число, а другое на него не делится, то их сумма и разность не делятся на это число .

Например, 148 делится на 37, потому что 148 = 4∙37, а 11 не делится на 37. Очевидно, что сумма 148 + 11 и разность 148 – 11 не делятся на 37, иначе это противоречило бы свойству 3.

Признаки делимости

Если число оканчивается цифрой 0, то оно делится на 10 .

Например, число 4560 оканчивается цифрой 0, его можно представить в виде произведения 456∙10, которое делится на 10 (по теореме 1).

Число 4561 не делится на 10, потому что 4561 = 4560+1 – сумма числа 4560, делящегося на 10, и числа 1, не делящегося на 10 (по теореме 4).

Если число оканчивается одной из цифр 0 или 5, то оно делится на 5 .

Например, число 2300 делится на 5, потому что это число делится на 10, а 10 делится на 5 (по теореме 2).

Число 2305 оканчивается цифрой 5, оно делится на 5, так как его можно записать в виде суммы чисел, делящихся на 5: 2300 + 5 (по теореме 3).

Число 52 не делится на 5, потому что 52 = 50 + 2 – сумма числа 50, делящегося на 5, и числа 2, не делящегося на 5 (по теореме 4).

Если число оканчивается одной из цифр 0, 2, 4, 6, 8, то оно делится на 2.

Например, число 130 оканчивается цифрой 0, оно делится на 10, а 10 делится на 2, следовательно, 130 делится на 2.

Число 136 оканчивается цифрой 6, оно делится на 2, так как его можно записать в виде суммы чисел, делящихся на 2: 130 + 6 (по теореме 3).

Число 137 не делится на 2, потому что 137 = 130 + 7 – сумма числа 130, делящегося на 2, и числа 7, не делящегося на 2 (по теореме 4).

Число, делящееся на 2, называют четным.

Число, не делящееся на 2, называют нечетным .

Например, числа 152 и 790 – четные, а числа 111 и 293 – нечетные.

Если сумма цифр числа делится на 9, то и само число делится на 9 .

Например, сумма цифр 7 + 2 + 4 + 5 = 18 числа 7245 делится на 9. Число 7245 делится на 9, потому что его можно представить в виде суммы 7∙1000 +
+ 2∙100 + 4∙10 + 5 = 7 (999 + 1) + 2∙(99 + 1) + + 4∙(9 + 1) + 5 = (7∙999 + 2∙99 +
+ 4∙9) + (7 + 2 + 4 + 5), где сумма в первых скобках делится на 9, а во вторых скобках – сумма цифр данного числа – также делится на 9 (по теореме 3).

Число 375 не делится на 9, так как сумма его цифр 3 + 7 + 5=15 не делится на 9 Это можно доказать следующим образом: 375 = 3∙(99 + 1) + 7∙(9+1) + 5 =
+ (3∙99 + 7∙9) + (3 + 7 + 5), где сумма в первых скобках делится на 9, а во вторых скобках – сумма цифр числа 375 – не делится на 9 (по теореме 4).

Если сумма цифр числа делится на 3, то и само число делится на 3 .

Например, у числа 375 сумма цифр 3 + 7 + 5=15 делится на 3, и оно само делится на 3 потому, что 375 = (3∙99 + 7∙9) + (3 + 7 + 5), где сумма в первых скобках делится на 3, а во вторых скобках – сумма цифр числа 375 – также делится на 3.

Сумма цифр числа 679, равная 6 + 7 + 9 = 22, не делится на 3, и само число не делится на 3, потому что 679 = (6∙99 + 7∙9) + (6 + 7 + 9), где сумма в первых скобках делится на 3, а во вторых скобках – сумма цифр числа 679 – не делится на 3.

Примечание . Когда говорят «число оканчивается цифрой...» имеют в виду «десятичная запись числа заканчивается цифрой...»

Простые и составные числа

Каждое натуральное число р делится на 1 и само на себя:

р:1=р, р:р=1.

Простым числом называют такое натуральное число, которое больше единицы и делится только на 1 и само на себя .

Вот первые десять простых чисел:

2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29.

Непростые натуральные числа, большие единицы, называют составными . Каждое составное число делится на 1, само на себя и еще хотя бы на одно натуральное число.

Вот все составные числа, меньшие 20:

4, 6, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18.

Таким образом, множество всех натуральных чисел состоит из простых чисел, составных чисел и единицы.

Простых чисел бесконечно много, есть первое число – 2, но нет последнего простого числа.

Делители натурального числа

Если натуральное число а делится на натуральное число b, то число b называют делителем числа а.

Например, делителями числа 13 являются числа 1 и 13, делителями числа 4 – числа 1, 2, 4, а делителями числа 12 – числа 1, 2, 3, 4, 6, 12.

Каждое простое число имеет только два делителя – единицу и само себя, а каждое составное число, кроме единицы и себя, имеет и другие делители.

Если делитель – простое число, то его называют простым делителем. Например, число 13 имеет простой делитель 13, число 4 – простой делитель 2, а число 12 – простые делители 2 и 3.

Каждое составное число можно представить в виде произведения его простых делителей. Например,

28 = 2∙2∙7 = 2 2 ∙7;

81 = 3∙3∙3∙3 = З 4 ;

100 = 2∙2∙5∙5 = 2 2 ∙5 2 .

Правые части полученных равенств называют разложением на простые множители чисел 28, 22, 81 и 100.

Разложить данное составное число на простые множители – значит представить его в виде произведения различных его простых делителей или их степеней.

Покажем, как можно разложить число 90 на простые множители.

1) 90 делится на 2, 90:2 = 45;

2) 45 не делится на 2, но делится на 3, 45:3= 15;

3) 15 делится на 3, 15:3 = 5;

4) 5 делится на 5, 5:5 = 1.

Таким образом, 90 = 2∙45 = 2∙3∙15 = 2∙3∙3∙5.

Наибольший общий делитель

Число 12 имеет делители 1, 2, 3, 4, 12. Число 54 имеет делители 1, 2, 3, 6, 9, 18, 27, 54. Мы видим, что числа 12 и 54 имеют общие делители 1, 2, 3, 6.

Наибольшим общим делителем чисел 12 и 54 является число 6.

Наибольший общий делитель чисел а и b обозначают: НОД (а, b).

Например, НОД (12, 54) = 6.

Наименьшее общее кратное

Число, делящееся на 12, называется кратным числу 12. Числу 12 кратны числа 12, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96, 108 и т.д. Числу 18 кратны числа 18, 36, 54, 72, 90, 108, 126 и т. д.

Мы видим, что имеются числа, кратные одновременно 12 и 18. Например, 36, 72, 108, ... . Эти числа называются общими кратными чисел 12 и 18.

Наименьшим общим кратным натуральных чисел а и b называют наименьшее натуральное число, делящееся нацело на а и b. Это число обозначают: НОК (а, b).

Наименьшее общее кратное двух чисел обычно находят одним из двух способов. Рассмотрим их.

Найдем НОК(18, 24).

I способ. Будем выписывать числа, кратные 24 (большему из данных чисел), проверяя, делится ли каждое из них на 18: 24∙1=24 – не делится на 18, 24∙2 = 48 – не делится на 18, 24∙3 = 72 – делится на 18, поэтому НОК (24, 18) =
= 72.

II способ. Разложим числа 24 и 18 на простые множители: 24 = 2∙2∙2∙3,
18 = 2∙3∙3.

НОК(24, 18) должно делиться и на 24, и на 18. Поэтому искомое число содержит все простые делители большего числа 24 (т. е. числа 2, 2, 2, 3) и еще недостающие множители из разложения меньшего числа 18 (еще одно число 3). Поэтому НОК(18, 24) = 2∙2∙2∙3∙3 = 72.

Так как взаимно простые числа не имеют общих простых делителей, то их наименьшее общее кратное равно произведению этих чисел. Например, 24 и 25 – взаимно простые числа. Поэтому НОК (24, 25) = 24∙25 = 600.

Если одно из двух чисел делится нацело на другое, то наименьшее общее кратное этих чисел равно большему из них. Например, 120 делится нацело на 24, следовательно, НОК (120, 24)= 120.

Целые числа

Напоминание. Числа, которые используют при подсчете количества предметов, называют натуральными числами . Нуль не считается натуральным числом. Натуральные числа и нуль, записанные в порядке возрастания и без пропусков, образуют ряд целых неотрицательных чисел:

В этой разделе будут введены новые числа – целые отрицательные .

Целые отрицательные числа

Базовый пример из жизни – термометр. Предположим, он показывает температуру 7° тепла. Если температура понизится на 4°, то термометр будет показывать 3° тепла. Уменьшению температуры соответствует действие вычитания: 7 – 4 = 3. Если температура понизится на 7°, то термометр покажет 0°: 7 – 7 = 0.

Если же температура понизится на 8°, то термометр покажет –1° (1° мороза). Но результат вычитания 7 – 8 нельзя записать с помощью натуральных чисел и нуля, хотя он имеет реальный смысл.

Отсчитать в ряду неотрицательных целых чисел от числа 7 влево 8 чисел нельзя. Чтобы действие 7 – 8 стало выполнимым, расширим ряд неотрицательных целых чисел. Для этого влево от нуля запишем (справа налево) по порядку все натуральные числа, добавляя к каждому из них знак «–», показывающий, что это число стоит слева от нуля.

Записи –1, –2, –3, ... читают «минус 1», «минус 2», «минус 3» и т. д.:

–5, –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... .

Полученный ряд чисел называют рядом целых чисел. Точки слева и справа в этой записи означают, что ряд можно продолжать неограниченно вправо и влево.

Справа от числа 0 в этом ряду расположены числа, которые называют натуральными или целыми положительными.