专题01 质数那些事(附答案)

专题01质数那些事阅读与思考一个大于1的自然数如果只能被1和本身整除，就叫作质数(也叫素数)；如果能被1和本身以外的自然数整除，就叫作合数；自然数1既不是质数，也不是合数，叫作单位数．这样，我们可以按约数个数将正整数分为三类：1⎧⎪⎨⎪⎩单位正整数质数合数关于质数、合数有下列重要性质：1．质数有无穷多个，最小的质数是2，但不存在最大的质数，最小的合数是4． 2．1既不是质数，也不是合数；2是唯一的偶质数．3．若质数p |ab ，则必有p |a 或p |b ．4．算术基本定理：任意一个大于1的整数N 能唯一地分解成k 个质因数的乘积(不考虑质因数之间的顺序关系)：N= 1212k aa a k P P P ，其中12k PP P <<< ，i P 为质数，i a 为非负数(i =1，2，3，…，k )． 正整数N 的正约数的个数为(1＋1a )(1＋1a )…(1＋1a )，所有正约数的和为(1＋1P ＋…＋11aP )(1＋2P＋…＋22a P )…(1＋k P ＋…＋kak P )．例题与求解【例1】已知三个质数a ，b ，c 满足a ＋b ＋c ＋abc =99，那么a b b c c a -+-+-的值等于_________________．(江苏省竞赛试题)解题思想：运用质数性质，结合奇偶性分析，推出a ，b ，c 的值．【例2】若p 为质数，3p ＋5仍为质数，则5p ＋7为( )A ．质数B ．可为质数，也可为合数C ．合数D ．既不是质数，也不是合数(湖北省黄冈市竞赛试题)解题思想：从简单情形入手，实验、归纳与猜想．【例3】求这样的质数，当它加上10和14时，仍为质数．(上海市竞赛试题) 解题思想：由于质数的分布不规则，不妨从最小的质数开始进行实验，另外，需考虑这样的质数是否唯一，按剩余类加以深入讨论．【例4】⑴将1，2，…，2 004这2 004个数随意排成一行，得到一个数n，求证：n一定是合数．⑵若n是大于2的正整数，求证：2n－1与2n＋1中至多有一个质数．⑶求360的所有正约数的倒数和．(江苏省竞赛试题) 解题思想：⑴将1到2 004随意排成一行，由于中间的数很多，不可能一一排出，不妨找出无论怎样排，所得数都有非1和本身的约数；⑵只需说明2n－1与2n＋1中必有一个是合数，不能同为质数即可；⑶逐个求解正约数太麻烦，考虑整体求解．【例5】设x和y是正整数，x≠y，p是奇质数，并且112x y p+=，求x＋y的值．解题思想：由题意变形得出p整除x或y，不妨设x tp=．由质数的定义得到2t－1=1或2t－1=p．由x≠y及2t－1为质数即可得出结论．【例6】若一个质数的各位数码经任意排列后仍然是质数，则称它是一个“绝对质数”[如2，3，5，7，11，13(31)，17(71)，37(73)，79(97)，113(131，311)，199(919，991)，337(373，733)，…都是质数]．求证：绝对质数的各位数码不能同时出现数码1，3，7，9．(青少年国际城市邀请赛试题) 解题思想：一个绝对质数如果同时含有数字1，3，7，9，则在这个质数的十进制表示中，不可能含有数字0，2，4，5，6，8，否则，进行适当排列后，这个数能被2或5整除．能力训练A 级1．若a ，b ，c ，d 为整数，()()2222a bcd ++=1997，则2222a b c d +++=________．2．在1，2，3，…，n 这个n 自然数中，已知共有p 个质数，q 个合数，k 个奇数，m 个偶数，则(q －m )＋(p －k )=__________．3．设a ，b 为自然数，满足1176a =3b ，则a 的最小值为__________．(“希望杯”邀请赛试题)4．已知p 是质数，并且6p ＋3也是质数，则11p －48的值为____________．(北京市竞赛试题) 5．任意调换12345各数位上数字的位置，所得的五位数中质数的个数是 ( )A ．4B ．8C ．12D ．0 6．在2 005，2 007，2 009这三个数中，质数有 ( ) A ．0个 B ．1个 C ．2个 D ．3个(“希望杯”邀请赛试题)7．一个两位数的个位数字和十位数字变换位置后，所得的数比原来的数大9，这样的两位中，质数有( )A ．1个B ．3 个C ．5个D ．6 个(“希望杯”邀请赛试题)8．设p ，q ，r 都是质数，并且p ＋q =r ，p <q ．求p ．9．写出十个连续的自然数，使得个个都是合数．(上海市竞赛试题)10．在黑板上写出下面的数2，3，4，…，1 994，甲先擦去其中的一个数，然后乙再擦去一个数，如此轮流下去，若最后剩下的两个数互质，则甲胜；若最后剩下的两个数不互质，则乙胜，你如果想胜，应当选甲还是选乙？说明理由．(五城市联赛试题)11．用正方形的地砖不重叠、无缝隙地铺满一块地，选用边长为x cm 规格的地砖，恰用n 块，若选用边长为y cm 规格的地砖，则要比前一种刚好多用124块，已知x ，y ，n 都是正整数，且(x ，y )=1，试问这块地有多少平方米？(湖北省荆州市竞赛试题)B 级1．若质数m ，n 满足5m ＋7n =129，则m ＋n 的值为__________．2．已知p ，q 均为质数，并且存在两个正整数m ，n ，使得p =m ＋n ，q =m ×n ，则p qnmp q m n ++的值为__________．3．自然数a ，b ，c ，d ，e 都大于1，其乘积abcde =2 000，则其和a ＋b ＋c ＋d ＋e 的最大值为__________，最小值为____________．(“五羊杯”竞赛试题)4．机器人对自然数从1开始由小到大按如下的规则染色：凡能表示为两个合数之和的自然数都染成红色，不合上述要求的自然数都染成黄色，若被染成红色的数由小到大数下去，则第1 992个数是_______________．(北京市“迎春杯”竞赛试题)5．若a ，b 均为质数，且满足11a ＋b =2 089，则49b －a =_________． A ．0B ．2 007C ．2 008D ．2 010(“五羊杯”竞赛试题)6．设a 为质数，并且72a ＋8和82a ＋7也都为质数，记x =77a ＋8，y =88a ＋7，则在以下情形中，必定成立的是( )A ．x ，y 都是质数B ．x ，y 都是合数C ．x ，y 一个是质数，一个是合数D ．对不同的a ，以上皆可能出现(江西省竞赛试题)7．设a ，b ，c ，d 是自然数，并且2222a b c d +=+，求证：a ＋b ＋c ＋d 一定是合数．(北京市竞赛试题)8．请同时取六个互异的自然数，使它们同时满足： ⑴ 6个数中任意两个都互质；⑵ 6个数任取2个，3个，4个，5个，6个数之和都是合数，并简述选择的数符合条件的理由．9．已知正整数p ，q 都是质数，并且7p ＋q 与pq ＋11也都是质数，试求q p p q 的值．(湖北省荆州市竞赛试题)10. 41名运动员所穿运动衣号码是1，2，…，40，41这41个自然数，问：(l) 能否使这41名运动员站成一排，使得任意两个相邻运动员的号码之和是质数？(2) 能否让这41名运动员站成一圈，使得任意两个相邻运动员的号码之和都是质数？若能办到，请举出一例；若不能办到，请说明理由．专题01 质数那些事例1 34 例2 C例3 3符合要求 提示：当p =3k ＋1时，p ＋10=3k ＋11，p ＋14=3(k ＋5)，显然p ＋14是合数，当p =3k＋2时，p ＋10=3(k ＋4)是合数，当p =3k 时，只有k =1才符合题意． 例4 （1）因1＋2＋ (2004)21×2004×（1＋2004）=1002×2005为3的倍数，故无论怎样交换这2004个数的顺序，所得数都有3这个约数．（2）因n 是大于2的正整数，则n2－1≥7，n2－1、n2、n2＋1是不小于7的三个连续的正整数，其中必有一个被3整除，但3不整除n2，故n2－1与n2＋1中至多有一个数是质数．（3）设正整数a 的所有正约数之和为b ，1d ，2d ，3d ，…，n d 为a 的正约数从小到大的排列，于是1d =1，n d =a ．由于nd d d d S 1111321+⋅⋅⋅+++=中各分数分母的最小公倍数n d =a ，故S =n n n n n d d d d d d 11⋅⋅⋅++-=nn d d d d ⋅⋅⋅++21=a b ，而a =360=53223⨯⨯，故b =（1＋2＋22＋32）×（1＋3＋23）×（1＋5）=1170．a b =3601170=413． 例5 由xy y x +=p 2，得x ＋y =pxy2=k ．（k 为正整数），可得2xy =kp ，所以p 整除2xy 且p 为奇质数，故p 整除x 或y ，不放设x =tp ，则tp ＋y =2ty ，得y =12-t tp为整数．又t 与2t －1互质，故2t －1整除p ，p 为质数，所以2t －1=1或2t －1=p ．若2t －1=，得t =1，x =y =p ，与x ≠y 矛盾；若2t －1=p ，则xy y x +=p2，2xy =p （x ＋y ）．∵p 是奇质数，则x ＋y 为偶数，x 、y 同奇偶性，只能同为xy =()2y x p +必有某数含因数p ．令x =ap ，ay =2y ap +，2ay =ap ＋y ．∴y =12-a ap，故a ，2a －1互质，2a －1整除p ，又p 是质数，则2a －1=p ，a =21+p ，故x =p p ⋅+21=()21+p p ，∴x ＋y =()21+p p ＋21+p =()212+p 。

例6 设N 是一个同时含有数字1，3，7，9的绝对质数．因为0k =7931，`k =1793，2k =9137，3k =7913，4k =7193，5k =1937，6k =7139除以7所得余数分别为0，1，2，3，4，5，6．故如下7个正整数： 79314210-⋅⋅⋅=n C C C N =L 0410k L +⋅，17934211-⋅⋅⋅=n C C C N =L 1410k L +⋅， …71394216-⋅⋅⋅=n C C C N =L 6410k L +⋅，其中，一定有一个能被7整除，则这个数就不是质数，故矛盾．A 级1．1998 2．－1 3．63 4．2000 5．D 6．A 7．B8．由r =p ＋q 可知r 不是最小的质数，则为奇数，故p ，q 为一奇一偶，又因为p ＜q ．故p 既是质数又是偶数，则p =2．9．设十个连续合数为k ＋2，k ＋3，k ＋4，…，k ＋10，k ＋11，这里k 为自然数，则只要取k 是2，3，4，…，11的倍数即可．10．选甲．提示：相邻的两个自然数总是互质数，把相邻自然数两两分为一组，这两数总是互质的，（2，3），（4，5），（6，7），…，（1992，1993），1994，甲擦掉1994，无论乙擦哪一个数，甲就擦那一组的另一数，以此类推，最后还剩一对互质数． 11．设这块地面积为S ，则S =2nx =（n ＋124）2y ． ∴()22y x n -=1242y ∵x ＞y （x ，y ）=1∴（2x ，2y ）=1 （22y x -，2y ）=1 得22y x -｜124 ∵124=22×31，22y x -=（x ＋y ）（x －y ） ∴⎩⎨⎧=-=+131y x y x ，或⎩⎨⎧=-=+262y x y x∴⎩⎨⎧==1516y x ，或⎩⎨⎧==3032y x （舍） 此时n =222124y x y -=900．∴S =2nx =900×216=230400c m 2=23．04m 2。