由小學開始,就會談到整除的問題,比如28458能否被9整除。有些判斷整除性的方法,就是各個數字相加,2 + 8 + 4 + 5 + 8 = 27,結果是9的倍數,那麼原數就是9的倍數,可記為9 | 28458。以下是一道關於整除的問題,條件看來挺多的,讀者也可以仔細思考一下。

問 題:求大於2的最小正整數n,使得2 | n,3 | n + 1,4 | n + 2,…,10 | n + 8。

答 案:留意到由3開始,n加上的數字只要加上2,就剛好和整除它的數字一樣,比如n + 8,8 + 2 = 10,而10 | n + 8。那麼設n = m + 2,則有2 | m + 2,即2 | m,又有3 | m + 3,即3 | m,如此類推,直至10 | m + 10,即10 | m。

故此m是2,3,4,…,10的公倍數,那樣先求2,3,4,…,10的最小公倍數,就得2520。而n最小的情況,就是m為這個最小公倍數的情況,因此得n為2522。

上邊解題中的關鍵,都是要注意到被整除的數加上2之後,情況會大幅化簡。之後把n換成了m + 2,也順道用上了這個特性,從而發現m最小的時候,是2,3,4,…之類的最小公倍數,然後就找到了最小的n。

也簡單提一提找最小公倍數的步驟,那些數由2至10,看來有9個數,但分解後質因數只有2、3、5和7,最大的次方分別為3、2、1和1,這些都容易看到的,於是最小公倍數就是23 × 32 × 5 × 7 = 2520。

看到這題解得那麼快,就要想一想,要是數字沒那麼好,加2之後沒什麼類似的情況,那又怎樣呢?那樣就麻煩了,會變出一大組同餘問題來。舉個簡單例子,求最小的正整數n使得6 | n + 1,5 | n + 2及4 | n + 3,那樣n就要除6餘5、除5餘3、除4餘1。

先找6和4的最小公倍數12,n除以6餘5,則除以12時,餘數可以是5或11,而只有餘5的情況,符合除4餘1。再考慮n如何可以除12餘5、除5餘3,那可以由12 + 5 = 17開始,看看結果能否除5餘3,然後再每次加12,依次為29、41、53,試到53就知道是答案了。

這個做法還只是個易懂的解法,比較有系統的解法,就要用到中國剩餘定理了。

這裏可以看出,題目本身是一些把n除以一些數,各自有些餘數之類的問題,但這次是略為變化後的一個特殊情況,所以有特殊而簡單的解法。

奧數裏的問題,有時就是在難題中找出特殊情況,令到解起來時有捷徑可用,從而增加趣味。比如有時解三元一次方程之類,系數之間就不時有特殊關係,可以有更快的方法,而不是按着平常的思路去解。

做題目時,找捷徑是一種趣味,問背後有什麼大問題是另一種趣味。當然,能看到較大的問題,懂一些有系統的解決方法,長遠來說能力會變強一點。

不過,好的工具,未必是有趣的,說到底還是令人有興致,才可以做得長久,能力才會強起來。● 張志基

●香港數學奧林匹克學校

簡介:奧校於1995年成立,為香港首間提供奧數培訓之註冊慈善機構(編號:91/4924),每年均舉辦「香港小學數學奧林匹克比賽」,旨在發掘在數學方面有潛質的學生。學員有機會選拔成為香港代表隊,獲免費培訓並參加海內外重要大賽。詳情可瀏覽:www.hkmos.org。