北京大学 2021年强基第4题
📝 题目
已知 $\displaystyle Y=\sum_{i=0}^{2021}\left[\frac{2^{i}}{7}\right]$ ,则 $Y$ 的个位数字是 。 A. 0 B. 3 C. 5 D.以上都不对
💡 答案解析
答案:C 解:由 $2^{3} \equiv 1(\bmod 7)$ ,可知 $2^{i}$ 模 7 是三循环的, $$ \begin{aligned} 2^{3 k} & \equiv 1(\bmod 7), 2^{3 k+1} \equiv 2(\bmod 7), 2^{3 k+2} \equiv 4(\bmod 7), \text { 其中 } k \in \mathrm{~N}, \\ Y & =\sum_{i=0}^{2021}\left[\frac{2^{i}}{7}\right]=\sum_{i=0}^{2021} \frac{2^{i}}{7}-\frac{2022}{3}\left(\frac{1}{7}+\frac{2}{7}+\frac{4}{7}\right)=\frac{2^{2022}-1}{7} 674 \\ & =\frac{\left(2^{3}-1\right)\left(1+2^{3}+2^{6}+\cdots+2^{2019}\right)}{7}-674=1+2^{3}+2^{6}+\cdots+2^{2019}-674, \end{aligned} $$ 结合 $8^{4 k} \equiv 6(\bmod 10), 8^{4 k+1} \equiv 8(\bmod 10), 8^{4 k+2} \equiv 4(\bmod 10), 8^{4 k+3} \equiv 2(\bmod 10)$ (其中 $k \in \mathrm{~N}$ ),可知 $Y \equiv 1+168(8+4+2+6)+8-674 \equiv 5(\bmod 10)$ 。
📋 详细解题步骤
步骤 1/6
目标:分析2^i模7的周期性
由于2^3≡1(mod 7),2^i模7每3个一循环:2^(3k)≡1, 2^(3k+1)≡2, 2^(3k+2)≡4。
公式:2^3 ≡ 1 (mod 7)
提示:利用模7的周期性简化求和
步骤 2/6
目标:将取整求和转化为分数和减去余数
Y = Σ[2^i/7] = Σ(2^i/7) - Σ(余数/7)。余数循环为1,2,4,共2022项,每组3项,共674组,减去674*(1+2+4)/7=674。
公式:Y = Σ(2^i/7) - 674
提示:注意i从0到2021共2022项
步骤 3/6
目标:计算Σ(2^i/7)并化简
Σ(2^i/7) = (2^2022-1)/7。利用2^2022-1=(2^3-1)(1+2^3+...+2^2019)=7*(1+8+...+8^673),所以Y=1+8+...+8^673-674。
公式:2^2022-1 = 7 * Σ_{k=0}^{673} 8^k
提示:等比数列求和公式
步骤 4/6
目标:求Y的个位数字
8^n模10周期为4:8^1≡8, 8^2≡4, 8^3≡2, 8^4≡6。从8^0=1开始,1+8+...+8^673共674项,每4项和个位为1+8+4+2=15→5,674÷4=168余2,前168组个位5*168→0,剩余两项8^672≡6, 8^673≡8,和个位6+8=14→4,总和个位0+4=4,减674个位4-4=0?检查:实际Y=1+8+...+8^673-674,前674项和个位:周期4项和个位5,168组个位0,剩余两项个位6+8=14→4,总和个位4,减674个位4-4=0,但答案选C5,需重新计算。
公式:8^n mod 10 周期为4
提示:注意8^0=1,周期从n=1开始
步骤 5/6
目标:修正个位计算
重新计算:8^0=1,8^1=8,8^2=4,8^3=2,8^4=6,8^5=8,...周期从8^1开始。674项:8^0到8^673。每4项(从8^1到8^4)和个位8+4+2+6=20→0,但8^0单独。674-1=673项,673÷4=168组余1项,168组个位0,余1项8^673≡8,加上8^0=1,总和个位1+8=9,减674个位9-4=5。
公式:个位计算:1 + (8+4+2+6)*168 + 8 ≡ 1+0+8=9, 9-4=5
提示:注意8^0=1单独处理
步骤 6/6
目标:得出最终答案
Y的个位数字为5,对应选项C。
提示:答案选C
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