别怕数学!从“星期几”开始,零基础玩转「同余定理」:典型例题精讲
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2025-12-20
一周只有7天!带你用“星期几”彻底吃透「同余定理」
💡 阿星起步:同余定理 的底层逻辑
想象一下,一周只有7天,周而复始。今天是周五,那么100天后是星期几?你不会真的去数100天,对吧?
聪明如你,会这样算:100 ÷ 7 = 14周...余2天。所以,从周五开始,往后推2天(周六、周日),答案就是周日。
恭喜你,你已经掌握了同余思想的精髓!「同余定理」,说白了就是一门关于 “余数” 和 “周期” 的学问。它把庞大的数字(比如100)拉回到一个小的周期里(比如7),只看它多出来的“零头”(余数2),就能轻松解决问题。
用数学家的黑话说就是:如果两个数 \( a \) 和 \( b \) 除以同一个数 \( m \) 得到的余数相同,我们就说 \( a \) 和 \( b \) 对 \( m \) 同余。记作 \( a \equiv b \ (\text{mod} \ m) \)。
在上面的例子里,100天和2天,除以7的余数都是2,所以 \( 100 \equiv 2 \ (\text{mod} \ 7) \)。想知道100天后的星期几,只看2天后的就行了!这就是同余的力量——化大为小,只看周期余波。
🔥 三级跳挑战:从入门到大神
【入门例题】已知 \( 46 \equiv x \ (\text{mod} \ 7) \),且 \( x \) 是一个小于7的非负整数。求 \( x \)。
阿星拆解:
别被符号吓到,它就是在问:“46除以7,余数是多少?” 因为同余就是看余数相同,而 \( x \) 小于7,那 \( x \) 就是我们要找的余数。
1. 我们列式计算:\( 46 ÷ 7 = ? \)
2. 想一下:\( 7 × 6 = 42 \),最接近46且不超过它。
3. 那么,\( 46 - 42 = 4 \)。所以,46除以7,商6,余4。
4. 因此,\( 46 \equiv 4 \ (\text{mod} \ 7) \)。答案就是 \( x = 4 \)。
看,这就好比问“46天后是星期几?”先去掉完整的6周(42天),剩下的4天才是决定因素。
【进阶例题】今天是星期三,从今天算起,第 \( 10^{10} \) 天后是星期几?
阿星敲黑板:
陷阱警报! \( 10^{10} \) 是一个天文数字(100亿),根本没法直接除。但周期思想告诉我们,我们只关心它除以7的余数。所以核心变成:如何求 \( 10^{10} \div 7 \) 的余数?
1. 我们先找小周期的规律。从 \( 10^1 \) 开始试试:
\( 10 ÷ 7 = 1...\textbf{3} \) 所以 \( 10 \equiv 3 \ (\text{mod} \ 7) \)
\( 10^2 = 100 \)。 \( 100 ÷ 7 = 14...\textbf{2} \) 所以 \( 10^2 \equiv 2 \ (\text{mod} \ 7) \)
\( 10^3 = 1000 \)。 \( 1000 ÷ 7 = 142...\textbf{6} \) 所以 \( 10^3 \equiv 6 \ (\text{mod} \ 7) \)
\( 10^4 = 10000 \)。 \( 10000 ÷ 7 = 1428...\textbf{4} \) 所以 \( 10^4 \equiv 4 \ (\text{mod} \ 7) \)
\( 10^5 = 100000 \)。 \( 100000 ÷ 7 = 14285...\textbf{5} \) 所以 \( 10^5 \equiv 5 \ (\text{mod} \ 7) \)
\( 10^6 = 1000000 \)。 \( 1000000 ÷ 7 = 142857...\textbf{1} \) !所以 \( 10^6 \equiv 1 \ (\text{mod} \ 7) \)。
2. 神奇规律出现了! \( 10^6 \) 除以7余1。这意味着每6次方一个循环(周期为6)。
3. 现在处理 \( 10^{10} \)。指数10和周期6什么关系? \( 10 ÷ 6 = 1...4 \)。所以:
\( 10^{10} = 10^{6×1 + 4} = (10^6)^1 × 10^4 \)。
因为 \( 10^6 \equiv 1 \),所以 \( (10^6)^1 \equiv 1 \)。
前面我们算过 \( 10^4 \equiv 4 \)。
所以 \( 10^{10} \equiv 1 × 4 \equiv 4 \ (\text{mod} \ 7) \)。
4. 因此,\( 10^{10} \) 天相当于 4天。从星期三起,往后推4天:周四、周五、周六、周日。
最终答案:周日。
【拔高例题】有一个数,它除以5余2,除以7余3。请问这个数最小是多少?
思维迁移:
题目换了个“马甲”,不再是星期几,但内核还是周期和余数!它描述了两个“周期”:
条件一:数 \( \equiv 2 \ (\text{mod} \ 5) \) → 周期为5,余2。
条件二:数 \( \equiv 3 \ (\text{mod} \ 7) \) → 周期为7,余3。
我们要找一个同时满足两个周期条件的数。
1. 我们从满足第一个条件的数里找:它们是 2, 7, 12, 17, 22, 27, 32...(每次加5)。
2. 我们检查这些数,看谁除以7余3:
2 ÷ 7 = 0...2 (不行)
7 ÷ 7 = 1...0 (不行)
12 ÷ 7 = 1...5 (不行)
17 ÷ 7 = 2...3 ✓ 找到了!
3. 所以,同时满足两个条件的最小数是 17。
4. (知识延伸) 其实,所有的解会形成一个更大的周期,即5和7的最小公倍数35。所以答案可以写成 \( 17 + 35k \)(k是任意非负整数),17是最小的那个。
看,是不是和我们算“星期几”时,先找小周期(除以7的余数)的思路一模一样?这就是同余思想的广泛应用!
📝 阿星必背口诀:
同余定理妙,周期是法宝。
大数化余数,计算瞬间小。
两数同余号,余数一样好。
遇题莫慌张,核心余数找!
🚀 举一反三:变式挑战
先别看答案,试试自己搞定它们!就用我们刚学的“周期余数法”。
求 \( 128 \equiv ? \ (\text{mod} \ 5) \),结果用小于5的非负整数表示。
某个数 \( x \) 满足 \( x \equiv 4 \ (\text{mod} \ 9) \)。且 \( x \) 是一个两位数。这个数最大是多少?
假设现在是“水曜日”(星期三),我们的历法变成一周5天(月、火、水、木、金循环)。那么第 \( 3^{2023} \) 天后,是“五行日”里的哪一天?
解析与答案
【详尽解析】
变式一:
问128除以5的余数。\( 128 ÷ 5 = 25...3 \),因为 \( 5×25=125 \),\( 128-125=3 \)。所以 \( 128 \equiv 3 \ (\text{mod} \ 5) \)。
✅ 答案:3
变式二:
条件 \( x \equiv 4 \ (\text{mod} \ 9) \) 意味着 \( x \) 除以9余4。这样的数是 4, 13, 22, 31, 40, 49, 58, 67, 76, 85, 94 ... 题目要求是最大的两位数,所以是 \( 94 \)(因为下一个 \( 103 \) 是三位数)。
✅ 答案:94
变式三:
这是“周期为5”的星期问题。核心是求 \( 3^{2023} \div 5 \) 的余数。
1. 先找 \( 3^n \) 除以5的余数规律:
\( 3^1 \equiv 3 \), \( 3^2=9 \equiv 4 \), \( 3^3=27 \equiv 2 \), \( 3^4=81 \equiv 1 \), \( 3^5 \equiv 3 \)... 周期为4。
2. 指数2023和周期4的关系:\( 2023 ÷ 4 = 505...3 \)。
3. 所以 \( 3^{2023} \equiv 3^3 \equiv 2 \ (\text{mod} \ 5) \)。
4. 相当于2天后。从“水曜日”(星期三)开始数:木(1)、金(2)。
✅ 答案:金曜日
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