北京大学 2023年强基第17题

强基计划真题

📝 题目

$R(n)$ 表示正整数 $n$ 除以 $2,3,4,5,6,7,8,9,20$ 的余数之和,则满足 $R(n)=R(n+1)$ 的两位数 $n$ 的个数为 。 A. 0 B. 2 C. 4 D.以上答案均不对

💡 答案解析

B【解析】设 $n$ 除以这 9 个数的余数为 $r_{2}(n), r_{3}(n), \cdots, r_{20}(n)$ ,则 $r_{k}(n+1)-r_{k}(n)=$ $\left\{\begin{array}{cc}1 & k \nmid n+1 \\ 1-k & k \mid n+1\end{array}\right.$ ,故 $R(n)=R(n+1)$ 当且仅当 $9=\sum_{k \mid n+1} k$ ,为了方便起见我们把右边的全部 $k$ 构成的集合记为 $A$ ,则注意到 $8 \in A \Rightarrow 2,4 \in A, 6 \in A \Rightarrow 2,3 \in A$ 两种情况均会导致总和超过 9 ,若 $7 \in A$ ,则 $A=\{2,7\}$ ,但因为不能有别的因子,此时 $n+1$ 只能为 14,98 。 若 $7 \notin A, 5 \in A$ ,则 $A=\{4,5\} \Rightarrow 2 \in A$ 也不行。最后只剩下 $A=\{2,3,4\}$ ,但此时 $6 \in A$ ,也不符合条件。综上所述,只有两个 $n$ 满足,选 $B$ 。

📋 详细解题步骤

步骤 1/8
目标:理解题意,定义余数函数
设 n 除以 k 的余数为 r_k(n),其中 k 取 2,3,4,5,6,7,8,9,20。R(n) 是这些余数之和。
公式:R(n) = Σ r_k(n)
提示:注意余数范围:0 ≤ r_k(n) < k
步骤 2/8
目标:推导相邻整数余数变化规律
考虑 n+1 除以 k 的余数:若 k 不整除 n+1,则 r_k(n+1)=r_k(n)+1;若 k 整除 n+1,则 r_k(n+1)=0,即 r_k(n+1)-r_k(n)=1-k。
公式:r_k(n+1)-r_k(n) = 1 若 k∤n+1,否则 1-k
提示:整除时余数从 k-1 变为 0,差为 1-k
步骤 3/8
目标:建立 R(n)=R(n+1) 的条件
R(n+1)-R(n) = Σ [r_k(n+1)-r_k(n)] = 9 - Σ_{k|n+1} k = 0,所以 Σ_{k|n+1} k = 9。
公式:Σ_{k|n+1} k = 9
提示:注意 k 只取题目中的除数:2,3,4,5,6,7,8,9,20
步骤 4/8
目标:分析可能的除数集合 A
设 A 为整除 n+1 的除数集合,则 A 中元素之和为 9。注意若 8∈A,则 2,4∈A,和至少 8+2+4=14>9;若 6∈A,则 2,3∈A,和至少 6+2+3=11>9。
公式:若 k∈A,则其因子也∈A
提示:整除关系传递性:若 k|n+1 且 d|k,则 d|n+1
步骤 5/8
目标:分类讨论可能的 A
情况1:7∈A,则 A 包含 7 和其因子?7 的因子只有 1 和 7,但 1 不在除数中,所以 A 只能有 7 和另一个数使和为 9,即 2,得 A={2,7}。此时 n+1 是 14 或 98(因为 14 和 98 的因子有 2,7,且无其他除数)。
公式:A={2,7} ⇒ n+1=14 或 98
提示:检查 n+1 是否被其他除数整除:14 不被 3,4,5,6,8,9,20 整除;98 类似。
步骤 6/8
目标:继续分类讨论
情况2:7∉A,5∈A。则 A 包含 5,还需和为 4,可能为 {4,5},但 4 的因子 2 也必须在 A 中,得 {2,4,5} 和为 11>9,矛盾。情况3:7,5∉A,考虑 9∈A?9 的因子 3 也在,和至少 9+3=12>9。
公式:排除含 5 或 9 的情况
提示:注意 20 若在 A 中,和至少 20>9,不可能。
步骤 7/8
目标:考虑剩余可能
最后考虑 A={2,3,4},和为 9,但 2,3,4 的因子包含 6?实际上 6 不是 2,3,4 的因子,但 2,3,4 的最小公倍数是 12,若 n+1 被 2,3,4 整除,则必被 12 整除,而 12 的因子 6 也整除 n+1,但 6 在除数中,所以 A 必须包含 6,导致和至少 2+3+4+6=15>9,矛盾。
公式:若 2,3,4|n+1,则 12|n+1,从而 6|n+1
提示:注意整除的传递性:若 a|m 且 b|m,则 lcm(a,b)|m
步骤 8/8
目标:总结满足条件的 n
只有两个 n+1 值:14 和 98,对应 n=13 和 97。验证:R(13)=? 13除以2余1,3余1,4余1,5余3,6余1,7余6,8余5,9余4,20余13,和为1+1+1+3+1+6+5+4+13=35;R(14)=? 14除以2余0,3余2,4余2,5余4,6余2,7余0,8余6,9余5,20余14,和为0+2+2+4+2+0+6+5+14=35,相等。同理97和98也相等。
公式:n=13,97
提示:两位数 n 范围10-99,13和97都在此范围。

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