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1、第一节整数的p进位制及其应用正整数有无穷多个，为了用有限个数字符号表示出无限多个正整数，人们发明了进位制，这是一种位值记数法。进位制的创立体现了有限与无限的对立统一关系，近几年来，国内与国际竞赛中关于“整数的进位制”有较多的体现，比如处理数字问题、处理整除问题及处理数列问题等等。在本节，我们着重介绍进位制及其广泛的应用。基础知识给定一个m位的正整数A，其各位上的数字分别记为，则此数可以简记为：（其中）。由于我们所研究的整数通常是十进制的，因此A可以表示成10的次多项式，即，其中且，像这种10的多项式表示的数常常简记为。在我们的日常生活中，通常将下标10省略不写，并且连括号也不用，记作，以后我们
2、所讲述的数字，若没有指明记数式的基，我们都认为它是十进制的数字。但是随着计算机的普及，整数的表示除了用十进制外，还常常用二进制、八进制甚至十六进制来表示。特别是现代社会人们越来越显示出对二进制的兴趣，究其原因，主要是二进制只使用0与1这两种数学符号，可以分别表示两种对立状态、或对立的性质、或对立的判断，所以二进制除了是一种记数方法以外，它还是一种十分有效的数学工具，可以用来解决许多数学问题。为了具备一般性，我们给出正整数A的p进制表示：，其中且。而仍然为十进制数字，简记为。第二节 整数的性质及其应用（1）基础知识整数的性质有很多，这里我们着重讨论整数的整除性、整数的奇偶性，质数与合数、完全平方
3、数及整数的尾数等几个方面的应用。1整除的概念及其性质在高中数学竞赛中如果不加特殊说明，我们所涉及的数都是整数，所采用的字母也表示整数。定义：设是给定的数，若存在整数，使得则称整除，记作，并称是的一个约数(因子)，称是的一个倍数，如果不存在上述，则称不能整除记作 。由整除的定义，容易推出以下性质：(1)若且，则(传递性质)；(2)若且，则即为某一整数倍数的整数之集关于加、减运算封闭。若反复运用这一性质，易知及，则对于任意的整数有。更一般，若都是的倍数，则。或着，则其中；(3)若，则或者，或者，因此若且，则；(4)互质，若，则；(5)是质数，若，则能整除中的某一个；特别地，若是质数，若，则；(6)
4、(带余除法)设为整数，则存在整数和，使得，其中，并且和由上述条件唯一确定；整数被称为被除得的(不完全)商，数称为被除得的余数。注意：共有种可能的取值：0,1，。若，即为被整除的情形；易知，带余除法中的商实际上为（不超过的最大整数），而带余除法的核心是关于余数的不等式：。证明的基本手法是将分解为与一个整数之积，在较为初级的问题中，这种数的分解常通过在一些代数式的分解中取特殊值而产生，下面两个分解式在这类论证中应用很多，见例1、例2。若是正整数，则；若是正奇数，则；（在上式中用代）(7)如果在等式中取去某一项外，其余各项均为的倍数，则这一项也是的倍数；(8)n个连续整数中，有且只有一个是n的倍数；
5、(9)任何n个连续的整数之积一定是n!的倍数，特别地，三个连续的正整数之积能被6整除；2奇数、偶数有如下性质：(1)奇数奇数=偶数，偶数偶数偶数，奇数偶数奇数，偶数偶数偶数，奇数偶数偶数，奇数奇数奇数；即任意多个偶数的和、差、积仍为偶数，奇数个奇数的和、差仍为奇数，偶数个奇数的和、差为偶数，奇数与偶数的和为奇数，和为偶数；（2）奇数的平方都可以表示成的形式，偶数的平方可以表示为或的形式；（3）任何一个正整数，都可以写成的形式，其中为负整数，为奇数。（4）若有限个整数之积为奇数，则其中每个整数都是奇数；若有限个整数之积为偶数，则这些整数中至少有一个是偶数；两个整数的和与差具有相同的奇偶性；偶数的
6、平方根若是整数，它必为偶数。3完全平方数及其性质能表示为某整数的平方的数称为完全平方数，简称平方数。平方数有以下性质与结论：（1）平方数的个位数字只可能是0,1，4,5，6,9；（2）偶数的平方数是4的倍数，奇数的平方数被8除余1，即任何平方数被4除的余数只有可能是0或1；（3）奇数平方的十位数字是偶数；（4）十位数字是奇数的平方数的个位数一定是6；（5）不能被3整除的数的平方被3除余1，能被3整数的数的平方能被3整除。因而，平方数被9也合乎的余数为0,1，4,7，且此平方数的各位数字的和被9除的余数也只能是0,1，4,7；（6）平方数的约数的个数为奇数；（7）任何四个连续整数的乘积加1，必定
7、是一个平方数。（8）设正整数之积是一个正整数的次方幂（），若（）1，则都是整数的次方幂。一般地，设正整数之积是一个正整数的次方幂（），若两两互素，则都是正整数的k次方幂。4整数的尾数及其性质整数的个位数也称为整数的尾数，并记为。也称为尾数函数，尾数函数具有以下性质：（1）；（2）；（3）；（4）；（5）若，则；（6）；（7）；（8）5整数整除性的一些数码特征（即常见结论）（1）若一个整数的未位数字能被2（或5）整除，则这个数能被2（或5）整除，否则不能；（2）一个整数的数码之和能被3（或9）整除，则这个数能被3（或9）整除，否则不能；（3）若一个整数的未两位数字能被4（或25）整除，则这个数能
8、被4（或25）整除，否则不能；（4）若一个整数的未三位数字能被8（或125）整除，则这个数能被8（或125）整除，否则不能；（5）若一个整数的奇位上的数码之和与偶位上的数码之和的差是11的倍数，则这个数能被11整除，否则不能。6质数与合数及其性质1正整数分为三类：（1）单位数1；（2）质数（素数）：一个大于1的正整数，如果它的因数只有1和它本身，则称为质（素）数；（3）如果一个自然数包含有大于1而小于其本身的因子，则称这个自然数为合数。2有关质（素）数的一些性质（1）若，则的除1以外的最小正因数是一个质（素）数。如果，则；（2）若是质（素）数，为任一整数，则必有或（）1；（3）设为个整数，为质
9、（素）数，且，则必整除某个（）；（4）（算术基本定理）任何一个大于1的正整数，能唯一地表示成质（素）因数的乘积（不计较因数的排列顺序）；（5）任何大于1的整数能唯一地写成的形式，其中为质（素）数（）。上式叫做整数的标准分解式；（6）若的标准分解式为，的正因数的个数记为，则。第三节整数的性质及其应用（2）基础知识最大公约数与最小公倍数是数论中的一个重要的概念，这里我们主要讨论两个整数互素、最大公约数、最小公倍数等基本概念与性质。定义1.（最大公约数）设不全为零，同时整除的整数（如）称为它们的公约数。因为不全为零，故只有有限多个，我们将其中最大一个称为的最大公约数，用符号（）表示。显然，最大公约数
10、是一个正整数。当（）1（即的公约数只有）时，我们称与互素（互质）。这是数论中的非常重要的一个概念。同样，如果对于多个（不全为零）的整数，可类似地定义它们的最大公约数（）。若（）1，则称互素。请注意，此时不能推出两两互素；但反过来，若（）两两互素，则显然有（）1。由最大公约数的定义，我们不难得出最大公约数的一些简单性质：例如任意改变的符号，不改变（）的值，即；（）可以交换，（）（）；（）作为的函数，以为周期，即对于任意的实数，有（）（）等等。为了更详细地介绍最大公约数，我们给出一些常用的一些性质：（1）设是不全为0的整数，则存在整数，使得；（2）（裴蜀定理）两个整数互素的充要条件是存在整数，使得
11、；事实上，条件的必要性是性质（1）的一个特例。反过来，若有使等式成立，不妨设，则，故及，于是，即，从而。（3）若，则，即的任何一个公约数都是它们的最大公约数的约数；（4）若，则；（5）若，则，因此两个不互素的整数，可以自然地产生一对互素的整数；（6）若，则，也就是说，与一个固定整数互素的整数集关于乘法封闭。并由此可以推出：若，对于有，进而有对有。（7）设，若，则；（8）设正整数之积是一个正整数的次方幂（），若（）1，则都是整数的次方幂。一般地，设正整数之积是一个正整数的次方幂（），若两两互素，则都是正整数的次方幂。定义2.设是两个非零整数，一个同时为倍数的数称为它们的公倍数，的公倍数有无穷多个
12、，这其中最小的一个称为的最小公倍数，记作，对于多个非零实数，可类似地定义它们的最小公倍数。最小公倍数主要有以下几条性质：（1）与的任一公倍数都是的倍数，对于多于两个数的情形，类似结论也成立；（2）两个整数的最大公约数与最小公倍满足：（但请注意，这只限于两个整数的情形，对于多于两个整数的情形，类似结论不成立）；（3）若两两互素，则；（4）若，且两两互素，则。第四节同余同余式性质应用非常广泛，在处理某些整除性、进位制、对整数分类、解不定方程等方面的问题中有着不可替代的功能，与之密切相关的的数论定理有欧拉定理、费尔马定理和中国剩余定理。基础知识三个数论函数对于任何正整数均有定义的函数，称为数论函数。
13、在初等数论中，所能用到的无非也就有三个，分别为：高斯(Gauss)取整函数x及其性质，除数函数d(n)和欧拉(Euler)函数和它的计算公式。1 高斯(Gauss)取整函数设是实数，不大于的最大整数称为的整数部分，记为；称为的小数部分，记为。例如：0.50，等等。由的定义可得如下性质：性质1.；性质2.；性质3.设，则；性质4.;性质5.；性质6.对于任意的正整数，都有如下的埃米特恒等式成立：；为了描述性质7，我们给出如下记号：若，且，则称为恰好整除，记为。例如：我们有等等，其实，由整数唯一分解定理：任何大于1的整数能唯一地写成的形式，其中为质（素）数（）。我们还可以得到：。性质7.若，则请注
14、意，此式虽然被写成了无限的形式，但实际上对于固定的，必存在正整数，使得，因而，故，而且对于时，都有。因此，上式实际上是有限项的和。另外，此式也指出了乘数的标准分解式中，素因数的指数的计算方法。2除数函数d(n)正整数的正因数的个数称为除数函数，记为d(n)。这里给出d(n)的计算公式：d(n)，为素数唯一分解定理中的指数。为了叙述地更加明确，我们组出素数唯一分解定理。算术基本定理（素数唯一分解定理）：任何一大于1的整数均可以分解为素数的乘积，若不考虑素数乘积的先后顺序，则分解式是唯一的。例如：。当一个整数分解成素数的乘积时，其中有些素数可以重复出现。例如在上面的分解式中，2出现了三次。把分解式
15、中相同的素数的积写成幂的形式，我们就可以把大于1的正整数写成（1）此式称为的标准分解式。这样，算术基本定理也可以描述为大于1的整数的标准分解式是唯一的（不考虑乘积的先后顺序）。推论1.若的标准分解式是（1）式，则是的正因数的充要条件是：（2）应说明（2）不能称为是的标准分解式，其原因是其中的某些可能取零值（也有可能不含有某个素因数，因而）推论2.设，且，若是整数的次方，则也是整数的次方。特别地，若是整数的平方，则也是整数的平方。3. 欧拉(Euler)函数设正整数0,1，中与互素的个数，称之为的欧拉函数，并记为。若的标准分解式是，则的计算公式是：例如：； .以下我们讲述同余的概念：同余的概念是高斯（Gauss）在1800年左右给出的。设是正整数，若用去除整数，所得的余数相同，则称为与关于模同余，记作，否则，称为与关于模不同余。定义1.（同余）设，若，则称和对模同余，记作；若不然，则称和对模不同余，记作。例如：，等等。当时，则称是对模的最小非负剩余。由带余除法可知，和对模同余的充要条件是与被
