众所周知,分数m/n化为小数后,只可能是有限小数或无限循环小数,不可能是无限不循环小数。这是为什么?

要考虑这个问题,可以从反面去理解,先考虑无限循环小数如何化为分数,以0.2231231231…为例,转化过程很简单,就是利用99…99的性质,由于1/999=0.001001…,故转化过程为:

0.2231231231…

=0.2+0.1*0.231231…

=1/5+231/9990

=2229/9990=743/3330。

观察上述过程,转化是先把无限循环小数化为分母形如99…9900…00的分数,然后再将这个分数化为最简分数。

自然想到,要证明分数m/n不能转化为无限不循环小数,也是要利用99…9900…00作为中介。

总的证明思路分两步:

先证明n能被某个99…9900…00整除;再将m/n等价于k/99…9900…00,从而说明k/99…9900…00不是无限不循环小数。

步骤1:

先思考第一个问题,

证明n能被某个99…9900…00整除。

关于这个问题我们用鸽笼原理说明,

考虑1,10,100,…,10n这n+1个数,

由于任何一个正整数除以n后,

余数只能是0到n-1这n个数。


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把n种余数看作鸽笼,

把前面的n+1个数看作鸽子,

则定有两个数除以n的余数相同,

则这两个数的差能被n整除。

由于差都形如99…9900…00,

因此n能被某个99…9900…00整除。

步骤2:

再思考第二个问题,

考虑证明原结论。

在步骤1的基础上继续思考,

假设99…9900…00=nd,

则m/n=(md)/99…9900…00,

注意到上式右边或者是有限小数,

或者是无限循环小数

所以分数可能化为无限不循环小数。

在原结论证明完成后无限循环小数,善于思考的你可能会琢磨另一个问题,最简分数m/n如果可以化成无限循环小数,循环节最多是多少位?

事实上,这个问题可以在步骤1和步骤2中寻找答案。在步骤1中得到,n能被某个99…9900…00整除,由于99…9900…00是1,10,100,…,10n这n+1个数中两个数的差,显然99…9900…00最多是n位数,因此其中最多有n个9。在步骤2中把m/n化为了(md)/99…9900…00,这个分数的循环节只与99…99有关,其中有多少个9无限循环小数,循环节就有多少位。

所以结论是:如果最简分数m/n可以化为无限循环小数,循环节最多是n位。

今天的重点不是证明过程,而是第5段话,如何想到用99…9900…00作为中介,这是本文的核心。

思考题(4星难度):

本题来自日本数学奥林匹克竞赛。

a和b都是正整数,a+b是一个能被11整除的两位数,a*b是一个能被111整除的三位数,求所有满足条件的a和b。

欢迎把您的答案写在留言区。都看到这里了,顺手点个“在看”再走吧。


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