1. Oznaczenia, które będą nam potrzebne
Zanim zaczniemy rozwiązywać przykłady, wprowadźmy sobie kilka oznaczeń. Niech:
Oznacza to, że \(n\) jest liczbą naturalną. W zadaniach z podzielności bardzo często zapisujemy kolejne liczby w sposób ogólny.
Chodzi o to, że nieważne, jaką liczbę podstawimy za \(n\), zawsze otrzymamy kolejne liczby naturalne.
Taki zapis pozwala nam brać pod uwagę tylko liczby nieparzyste.
Taki zapis pozwala nam brać pod uwagę tylko liczby parzyste.
2. Najważniejsze cechy podzielności
Przypomnijmy sobie cechy podzielności, które najczęściej wykorzystujemy w zadaniach.
| Podzielność | Warunek | Przykład |
|---|---|---|
| Przez \(2\) | Liczba jest parzysta, czyli kończy się cyfrą \(0,2,4,6,8\). | \(124\) jest podzielne przez \(2\), bo kończy się cyfrą \(4\). |
| Przez \(3\) | Suma cyfr jest podzielna przez \(3\). | \[ 5+2+3+8+4+5+4+8+3 = 42 \] Liczba \(523845483\) jest podzielna przez \(3\), bo \(42\) dzieli się przez \(3\). |
| Przez \(4\) | Liczba utworzona z dwóch ostatnich cyfr jest podzielna przez \(4\). | Liczba \(124\) jest podzielna przez \(4\), bo: \[ 24 : 4 = 6 \] |
| Przez \(5\) | Ostatnia cyfra to \(0\) albo \(5\). | \(235\) jest podzielne przez \(5\), bo kończy się cyfrą \(5\). |
| Przez \(6\) | Liczba jest jednocześnie podzielna przez \(2\) i przez \(3\). | \(126\) jest podzielne przez \(6\), bo jest parzyste oraz: \[ 1+2+6=9 \] a \(9\) dzieli się przez \(3\). |
| Przez \(8\) | Liczba utworzona z trzech ostatnich cyfr jest podzielna przez \(8\). | \(3120\) jest podzielne przez \(8\), bo: \[ 120 : 8 = 15 \] |
- Zapisujemy liczbę lub wyrażenie w wygodnej postaci.
- Rozwijamy nawiasy i porządkujemy wyrażenie.
- Wyciągamy przed nawias liczbę, przez którą chcemy udowodnić podzielność.
- Jeżeli zostaje reszta, zapisujemy wyrażenie w postaci: \(ak + r\), gdzie \(r\) to reszta.
3. Przykłady maturalne
Wykaż, że dla każdej nieparzystej liczby naturalnej \(n\) liczba:
jest podzielna przez \(4\).
Otrzymaliśmy \(4\) pomnożone przez pewne wyrażenie, więc liczba \(3n^2+2n+7\) jest podzielna przez \(4\).
Wykaż, że dla każdej liczby naturalnej \(n \geq 1\) liczba:
przy dzieleniu przez \(3\) daje resztę \(2\).
Otrzymaliśmy postać \(3k+2\), więc dana liczba przy dzieleniu przez \(3\) daje resztę \(2\).
Wykaż, że dla każdej liczby naturalnej \(n \geq 1\) liczba:
jest podzielna przez \(8\).
Skoro \(n(n+1)\) jest liczbą parzystą, to możemy zapisać:
dla pewnego \(k \in \mathbb{N}\). Wtedy:
Otrzymaliśmy wielokrotność \(8\), więc liczba \((2n+1)^2-1\) jest podzielna przez \(8\).
4. Dowody bez pełnego rozpisywania
Nie zawsze musimy wszystko bardzo dokładnie rozpisywać. Czasami wystarczy dobrze uargumentować, dlaczego w danym iloczynie pojawiają się odpowiednie czynniki.
Wykaż, że iloczyn czterech kolejnych liczb naturalnych jest podzielny przez \(24\).
Iloczyn czterech kolejnych liczb naturalnych zapisujemy tak:
Zauważmy, że:
Musimy więc pokazać, że w iloczynie czterech kolejnych liczb znajdziemy czynniki dające podzielność przez \(2\), \(3\) i \(4\).
Ostatecznie iloczyn czterech kolejnych liczb naturalnych jest podzielny przez:
Czyli iloczyn \(n(n+1)(n+2)(n+3)\) jest podzielny przez \(24\).
5. Dowody z resztą z dzielenia
W zadaniach mogą też pojawić się informacje typu: „liczba przy dzieleniu przez \(5\) daje resztę \(3\)”. Wtedy zapisujemy tę liczbę w odpowiedniej postaci.
Jeśli liczba przy dzieleniu przez \(5\) daje resztę \(3\), to jej trzecia potęga przy dzieleniu przez \(5\) daje resztę \(2\).
Otrzymaliśmy postać \(5 \cdot \text{coś} + 2\), więc \(n^3\) przy dzieleniu przez \(5\) daje resztę \(2\).
6. Najważniejsza myśl z tego działu
Zadania z dowodów na podzielność są bardzo schematyczne. Najczęściej wystarczy:
- dobrze zapisać liczbę, np. \(2m+1\), gdy liczba jest nieparzysta,
- rozpisać nawiasy,
- wyciągnąć odpowiednią liczbę przed nawias,
- przy zadaniach z resztą zapisać wynik w postaci \(ak+r\).
Jeżeli w rozwiązaniu uda nam się otrzymać na przykład:
to od razu widzimy, że całe wyrażenie jest podzielne przez \(4\).