22 (10分)在小学,我们知道像12,27,36,45,108,…这样的自然数能被3整除.一般地,如果一个自然数所有数位上的数字之和能被3整除,那么这个自然数就能被3整除.事实上,我们可以证明这个结论的正确性.以两位数为例,若一个两位数的十位、个位上的数字分别为$a,b$,则通常记这个两位数为$\overline{ab}$,于是$\overline{ab}=10a + b=9a + (a + b)$,显然$9a$能被3整除,因此若$a + b$能被3整除,则$9a + (a + b)$就能被3整除,即$\overline{ab}$能被3整除.
根据上述材料,解答下列问题:
(1) 有下列各数:① 25;② 225;③ 1 025;④ 2 025.其中,能被3整除的有
②④
(填序号).
(2) 设$\overline{abcd}$是一个四位数,若$a + b + c + d$能被3整除,试说明$\overline{abcd}$能被3整除.
(3) 设$\overline{a_n a_{n-1} \dots a_1 a_0}$表示任意一个$(n+1)$位自然数,若$a_n + a_{n-1} + \dots + a_1 + a_0$能被3整除,试说明$\overline{a_n a_{n-1} \dots a_1 a_0}$能被3整除.
解析:
【分析】
(1)第一问直接运用题干给出的结论:若一个自然数所有数位上的数字之和能被3整除,则这个数就能被3整除,分别计算四个数的数位数字和,判断是否能被3整除即可得到结果。
(2)第二问仿照题干中两位数的证明思路,先将四位数$\overline{abcd}$拆分为含数位数字和的形式:把1000a拆为999a+a,100b拆为99b+b,10c拆为9c+c,整理后得到由多个3的倍数项与数字和$a+b+c+d$相加的形式,结合整除的性质,两个能被3整除的数的和也能被3整除,即可完成证明。
(3)第三问是第二问的推广,对任意$(n+1)$位自然数,将每一位的计数单位$10^k$(k为正整数)拆分为$\underbrace{99\dots9}_{k个9}+1$,整理后得到多个3的倍数项与所有数位数字和相加的形式,结合已知数位和能被3整除,即可证明原数能被3整除。
【解析】
(1)分别计算各数的数位数字和:
①25的数字和为$2+5=7$,7不能被3整除,因此25不能被3整除;
②225的数字和为$2+2+5=9$,9能被3整除,因此225能被3整除;
③1025的数字和为$1+0+2+5=8$,8不能被3整除,因此1025不能被3整除;
④2025的数字和为$2+0+2+5=9$,9能被3整除,因此2025能被3整除。
(2)$\overline{abcd}=1000a+100b+10c+d=(999a+99b+9c)+(a+b+c+d)$。因为999、99、9都是3的倍数,所以$999a+99b+9c$能被3整除,又已知$a+b+c+d$能被3整除,因此两部分的和$\overline{abcd}$能被3整除。
(3)$\overline{a_n a_{n-1} \dots a_1 a_0}=10^n a_n + 10^{n-1}a_{n-1} + \dots + 10a_1 + a_0 =( \underbrace{99···9}_{n个9}a_n + \underbrace{99···9}_{(n-1)个9}a_{n-1} + \dots +9a_1 )+(a_n+a_{n-1}+\dots+a_1+a_0)$。因为$\underbrace{99···9}_{k个9}$(k为正整数)都是3的倍数,所以前半部分$\underbrace{99···9}_{n个9}a_n + \underbrace{99···9}_{(n-1)个9}a_{n-1} + \dots +9a_1$能被3整除,又已知$a_n+a_{n-1}+\dots+a_1+a_0$能被3整除,因此两部分的和$\overline{a_n a_{n-1} \dots a_1 a_0}$能被3整除。
【答案】
(1) ②④
(2) $\overline{abcd}=1000a+100b+10c+d=(999a+99b+9c)+(a+b+c+d)$. 因为$999a+99b+9c$能被3整除,$a+b+c+d$能被3整除,所以$\overline{abcd}$能被3整除
(3) $\overline{a_n a_{n-1} \dots a_1 a_0}=10^n a_n + 10^{n-1}a_{n-1} + \dots + 10a_1 + a_0 =( \underbrace{99···9}_{n个9}a_n + \underbrace{99···9}_{(n-1)个9}a_{n-1} + \dots +9a_1 )+(a_n+a_{n-1}+\dots+a_1+a_0)$. 因为$\underbrace{99···9}_{n个9}a_n + \underbrace{99···9}_{(n-1)个9}a_{n-1} + \dots +9a_1$能被3整除,$a_n+a_{n-1}+\dots+a_1+a_0$能被3整除,所以$\overline{a_n a_{n-1} \dots a_1 a_0}$能被3整除
【知识点】
1. 能被3整除的数的特征
2. 多位数的表示
3. 整除的性质
【点评】
本题是材料阅读类题型,从特殊的两位数的证明方法出发,引导学生类比推导一般多位数的整除规律,侧重考查阅读理解能力、类比推理能力和代数变形能力,解题的核心是掌握将多位数拆分为3的倍数项与数位数字和相加的变形方法。
【难度系数】
0.7