約數
定義
整數a除以整數b(b≠0)除得的商正好是整數而沒有餘數,我們就說a能被b整除,或b能整除a。a叫b的倍數,b叫a的約數(或因數)。在大學之前,所指的一般都是正約數。約數和倍數相互依存,不能單獨說某個數是約數或倍數。一個數的約數是有限的。
範例
在自然數(0和正整數)的範圍内,
4的約數有:1、2、4。
6的約數有:1、2、3、6。
10的約數有:1、2、5、10。
12的約數有:1、2、3、4、6、12。
15的約數有:1、3、5、15。
18的約數有:1、2、3、6、9、18。
20的約數有:1、2、4、5、10、20。
注意:一個數的約數包括1及其本身。
例如:能整除24的有:1、2、3、4、6、8、12、24。
所以24的約數有:1、2、3、4、6、8、12、24。
最大公因數
公因數
如果一個數c既是數a的因數,又是數b的因數,那麼c叫做a與b的公因數。可以表示為(a,b)=c。
最大公因數
兩個數的公因數中最大的一個,叫做這兩個數的最大公因數。
最大公因數的求法
1、枚舉法将兩個數的因數分别一一列出,從中找出其公因數,再從公因數中找出最大的一個,即為這兩個數的最大公因數。
例:求30與24的最大公因數。
30的因數有:1,2,3,5,6,10,15,30
24的因數有:1,2,3,4,6,8,12,24
易得其公因數中最大的一個是6,所以30和24的最大公因數是6。
2、短除法短除符号就像一個倒過來的除号,短除法就是先寫出要求最大公因數的兩個數A、B,再畫一個短除号,接着在原本寫除數的位置寫兩個數公有的質因數Z(通常從最小的質數開始),然後在短除号的下方寫出這兩個數被Z整除的商a,b,對a,b重複以上步驟,以此類推,直到最後的商互質為止,再把所有的除數相乘,其積即為A,B的最大公因數。(短除法同樣适用于求最小公倍數,隻需将其所有除數與最後所得的商相乘即可)
例:求12和18的最大公約數。
解:用短除法,由左圖,易得12和18的最大公約數為2×3=6.。
3、分解質因數
将需要求最大公因數的兩個數A,B分别分解質因數,再從中找出A、B公有的質因數,把這些公有的質因數相乘,即得A、B的最大公約數。
例:求48和36的最大公因數。
把48和36分别分解質因數:
48=2×2×2×2×3
36=2×2×3×3
其中48和36公有的質因數有2、2、3,所以48和36的最大公因數是2×2×3=12。
4、輾轉相除法(歐幾裡得算法)對要求最大公因數的兩個數a、b,設b
這一算法的證明如下:
設兩數為a、b
令c=gcd(a,b),則設a=mc,b=nc,根據前提有r=a-kb=mc-knc=(m-kn)c
由上,可知c也是r的因數,故可以斷定m-kn與n互素【否則,可設m-kn=xd,n=yd,(d>1),則m=kn+xd=kyd+xd=(ky+x)d,則a=mc=(ky+x)dc,b=nc=ycd,故a與b最大公因數成為cd,而非c】
所以gcd(b,r)=c,繼而gcd(a,b)=gcd(b,r)。
例:求8251和6105的最大公因數。
考慮用較大數減較小數,求得商和餘數:
8251=6105×1+2146
6105=2146×2+1813
2146=1813×1+333
1813=333×5+148
333=148×2+37
148=37×4
最後除數37是148和37的最大公因數,也就是8251與6105的最大公因數。
因數
5、更相減損術更相減損術出自《九章算術》的一種求最大公約數的算法,它原本是為約分而設計的,但它适用于任何需要求最大公約數的場合。其原文為:“可半者半之,不可半者,副置分母、子之數,以少減多,更相減損,求其等也。以等數約之。”
翻譯成現代語言就是
第一步:任意給定兩個正整數a、b;判斷它們是否都是偶數。若是,則用2約簡;若不是則執行第二步。
第二步:以較大的數減較小的數,接着把所得的差與較小的數比較,并以大數減小數。繼續這個操作,直到所得的減數和差相等為止。這個數就是a、b的最大公約數。
例:求98與63的最大公因數。
分析:由于63不是偶數,把98和63以大數減小數,并輾轉相減:
98-63=35
63-35=28
35-28=7
28-7=21
21-7=14
14-7=7
所以,98和63的最大公約數為7。
注:以上1、2、3同樣适用于求多個自然數的最大公約數。
求約數個數的公式
一般地,對自然數n進行分解質因數,設n可以分解為
n=p⑴^α⑴·p⑵^α*⑵·…·p(k)^α(k)
其中p⑴、p⑵、…p(k)是不同的質數,α⑴、α⑵、…α(k)是正整數,則形如
n=p⑴^β⑴·p⑵^β*⑵·…·p(k)^β(k)
的數都是n的約數,其中β⑴可取a⑴+1個值:0,1,2,…,α⑴;β⑵可取α⑵+1個值:0,1,2,…,α⑵…;β(k)可取a(k)+1個值:0,1,2,…,α(k).且n的約數也都是上述形式,根據乘法原理,n的約數共有
(α⑴+1)(α⑵+1)…(α(k)+1)⑺
個。
式⑺即為求一個數約數個數的公式。
負約數
定義
國内課本中,最先提到約數這個概念是在小學,而此時還沒學負數。
等到學了負數,一般要直到大學數學系“初等數論”中才嚴格定義約數,那個時候就包括負約數了。
如果d|a并且d≥0,則我們說d是a的約數。注意,d|a當且僅當(-d)|a,因此定義約數為非負整數不會失去一般性,隻要明白a的任何約數的相應負數同樣能整除a。一個整數a的約數最小為1,最大為|a|。
例題
105的負約數的和是多少?
105的所有負約數就是105的所有正約數的相反數所組成的集合。
105的正約數有1,3,5,7,15,21,35,105
105的負約數有-1,-3,-5,-7,-15,-21,-35,-105
其和為-(1+3+5+7+15+21+35+105)=﹣192