数论中的存在性问题

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1、/•(")=k=k.所以,有数论存在性问题选讲数学竞赛中山现的数论存在性问题比较多,也比较难;求解这些问题的方法灵活多样,往往谣要敏锐的观察力、丰富的想象力和必要的技巧.这里选収了一些W题,尽量展示解决数论存在性问题的各种思想方法.数论存在性问题的解决的方法的关键是综合运用有关数论知识,并结合反证法,归纳法,抽屉原理,计数方法和构造法等.一.利用整除理论1.对于正整数/?,r(n)表示AT分别被1,2,…,除所得的余数之和.证明存在无限多个AZ使得r(n)=r(n-1).n解:由带余除法知,Z?被A除所得的余数等于k于是,条件r(n)=r(n—1)等价于么七卜么-1-k=

2、L&」A=1k).又=1A=ln-{~k(*)若々不整除m,贝d—tlr.IHn—,从問一k=」LdknIIn-厂」丁々:若A整除n,则nn-1+1,从而nk=n-l=[~k_k[~k_[k」々+女.由此可得⑷等价于-1=k易知,n=2m(meTV)满足上式.事实上,有2zi-1=2,,,+1-1=1+2+22+…+2'因此,当n是2的非负整数幂时,r(z:)=/1,证明:2,22,22…自某项起各项模n同余.证:令6^=2'ak=2(lk_、(keN、.显然,当ZSj•时,a.ta..由抽屉原理知

3、〜,什,…,人这zz+l个数中必有两个模n同余,所以,存在O《Z

4、-1a-1===eNaj-ai2ilJ-}-2^-'2〜,-12°^'^-1只要HieaT;同理,只要as-「as-w”..,^•-1-^-1aj-2^ai-2所以,只要只要=m-,eAf.而-叫屮_,—laH-12^-'-1因A.八所以卜/〉卜Z•-12./•-z•-1.于是,有“卜HI•和aH_x

5、“卜卜丨•故有a

6、j-i-Ias-i~as-i-l-结论得证.3.(MOSP,1997)证明数列1,11,111,…屮包含一个无限子列,其屮任意两项是互素的.法一:设X,,是该数列的第A2项,则x,,+1—10x,,=l,从而(x,,+l,么)=1.为了证明存在一个无限子列,其中任意两项是互素,只要证明无论这一子列已经包含了多少项,总可以再添加一项.为此,注意到xjxw/,(me/V*).令p为己包含在子列屮的所有项的下标之积,则子列中的每一项都整除因此,可以再将&+

7、添加到子列中.结论成立.10"-1法二:设'是该数列的第/7项,则'=2—.因w〃9(、io,w-i10"一1、(10/,

8、,-1,10/,-1)10(,)-1(么,弋)=(]-,]-)=9二一9-,所以,当(m,n)=l时,(xtlt,xn)=l.因此,子列{'

9、/?为素数}满足要求.4.证明存在无限多个正整数n,使得rt

10、2w+2且n-l

11、r+l.证:首先,有2

12、22+2且(2-1)

13、22+1.由n—1

14、2"+1知,n为偶数,且存在奇数AT,使得2"+1=(/i—1)々.故2n-i+1

15、22^i+1=2(,f-i)A+1>上式两边同乘以2,可得2"+2

16、22'i+2+2.又由打知,4

17、/?,且存在奇数reAT,使得2"+2=咐.故(2/,+2-l)=2n+l

18、2,,/+l=22W+2+l.于

19、是,当n

20、2"+2且w—1

21、2”+1时,必有2w+2

22、2r+2+2且2”+l

23、2r+2+l.由此可知,存在无限多个正整数n,使得zi

24、2"+2且n-112"+1.5.(德国,2003)证明:对于任意6个连续正整数,存在一个素数,使得该素数能且只能整除这6个数之一.证:设这6个连续正整数为《,以+1,zt+2,n+3,zt+4,n+5.若5J",则"+1,打+2,"+3,/t+4,"+5中只有一个能被5整除,结论成立.若5

25、打,贝iJ/7+1,h+2,/7+3,n+4不能被5整除,且其中有两个(相邻奇数)不能被2整除,这两个(相邻奇数)中至少有一个不能被3整除.B卩72+1,

26、77+2,72+3,zt+4屮有一个数不能被2,3,5整除.因此,该数有一个大于5的素因数p.因p〉5,p不能同时整除n,Z2+1,7?+2,72+3,72+4,Z2+5中的两个数,所以,素数p能且只能整除77,/?+1,打+2,/?+3,打+4,+5中的一个数.6.设是正整数,(a,b)=i.证明在等差数列{a+处

27、A:=0,1,2,“]中必有无穷多个数与m互素.证:因(“+(々+m)Z?,m)=(a+kb,m),keN'所以要证在等差数列沁+幼

28、Z:=0,l,2,…}中必有无穷多个数与m互素,只要证:存在…,m

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