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趣味数学:恰有70个约数的70的倍数共有多少个?

趣味数学:恰有70个约数的70的倍数共有多少个?

作者: 易水樵 | 来源:发表于2022-05-05 10:48 被阅读0次

问题很简洁:所有70的倍数中,共有多少个数恰有70个约数?

对这个简洁的问题,可以简明扼要地回答:

70 有三个质因数:70=2\times5\times7

整数的约数个数可以用以下方法计算:将所有质因数的指数加 1 之后再相乘,就得到这个整数的约数的个数.

所以,如果一个整数恰有 70 个约数,那它的质因数一定是 3 个,不能多也不能少,而且这 3 个质因数的指数分别是 1,4,6; 也就是说,它可以表示为:a^1b^4c^6;

另一方面,这个整数是 70 的倍数,它必定可以被 2,5,7 整除;所以,满足条件的整数的质因数就是 2,5,7, 这样的数共有6 个:

2^1\times5^4\times7^6

2^1\times7^4\times5^6

5^1\times2^4\times7^6

5^1\times7^4\times2^6

7^1\times2^4\times5^6

7^1\times5^4\times2^6


这是初等数论中一个典型的问题,对于中学生来说,难度不算高。然而,如何让五年级的小学生所这事整明白,就有讲究了。以下是笔者的一些尝试。

先讨论一下应用题:

面馆的口味有几种?

有一家面馆推出了定制服务。为顾客提供了如下三个选择项。
(A)辣椒有以下4种选择:免辣(不加辣椒)、微辣、 标准辣、 变态辣;
(B)花椒有3种选择:免麻(不加花椒)、微麻、标准麻;
(C)是否加香菜?有2种选择:不加香菜、要加香菜。

问:利用辣椒、花椒和香菜这三个选项,可以搭配出几种不同的个性化口味?

学生已经学过乘法原理,所以很快就得出了结论:面馆的个性化口味共有:4\times3\times2=24 (种)


如何计算约数的个数?

我们先从简单的、熟悉的数字开始,再慢慢地提高难度。

问题一:60 的约数有几个?100 的约数有几个?

问题二:360 的约数有几个?12000 的约数有几个?

针对问题一,学生能够很快回答。办法就是先写约数,再点约数的个数。

60 的约数包括:1,2,3,4,5,10,12,15,20,30,60; 共有 12 个;

100 的约数包括:1,2,5,10,20,25,40,50,100; 共有 9 个;

针对问题二,这办法就不好使了。于是我们回头找规律。

如果用质因数相乘的形式表示,则:

60=2^2\times3^1\times5^1

60 的所有约数可以整理成一张表格:

60=2^0\times3^0\times5^0 60=2^1\times3^0\times5^0 60=2^2\times3^0\times5^0
60=2^0\times3^0\times5^1 60=2^1\times3^0\times5^1 60=2^2\times3^0\times5^1
60=2^0\times3^1\times5^0 60=2^1\times3^1\times5^0 60=2^2\times3^1\times5^0
60=2^0\times3^1\times5^1 60=2^1\times3^1\times5^1 60=2^2\times3^1\times5^1

100 的所有约数可以整理成一张表格:

2^0\times5^0 2^1\times5^0 2^2\times5^0
2^0\times5^1 2^1\times5^1 2^2\times5^1
2^0\times5^2 2^1\times5^2 2^2\times5^2

从以上两数就可以归纳出约数个数的规律:

如果一个整数可以表示为两个质因数的幂相乘的形式:a^mb^n,则它的约数个数为 (m+1)\times(n+1);

如果一个整数可以表示为三个质因数的幂相乘的形式:a^mb^nc^k,则它的约数个数为 (m+1)\times(n+1)\times(k+1);

总之,把所有质因数的指数加1后再相乘,就等于这个整数的约数的个数.

掌握了这个方法,720 的约数个数就好算了.

如果用质因数的幂的积来表示,则 360=2^3\times3^2\times5, 所以它的约数个数为:4\times 3\times 2.

这时我们发现,这问题与前面面馆的口味问题高度相似!

用同样的公式,可以计算 120000 的约数个数。因为 120000=2^6\times3^1\times5^4,所以它的约数个数有 7\times2\times5=70


现在回到开头的问题。70 的倍数有无穷多个,我们可以写出比较小的几个。

70 的倍数 约数个数
70\times1=2^1\times5^1\times7^1 2\times2\times2=8
70\times2=2^2\times5^1\times7^1 3\times2\times2=12
70\times3=2^1\times5^1\times7^1\times3^1 2\times2\times2\times2=16
70\times4=2^3\times5^1\times7^1 4\times2\times2=16
70\times5=2^1\times5^2\times7^1 2\times3\times2=12
70\times6=2^2\times5^1\times7^1\times3^1 3\times2\times2\times2=12
70\times7=2^1\times5^1\times7^2 2\times2\times3=12

如果它恰有70 个约数,则最右边一栏就应该是:2\times5\times7=70;

这样的数,如果用质因数的幂的积来表示,就应该是这样子:a^1 b^4 c^6.

a,b,c 互不相同而且都在 2,5,7 这三个数中. 这是一个排列问题,结论就是共有6种情况,清单如下。

2^1\times5^4\times7^6

2^1\times7^4\times5^6

5^1\times2^4\times7^6

5^1\times7^4\times2^6

7^1\times2^4\times5^6

7^1\times5^4\times2^6


【提炼与提高】

在小学数学竞赛中,数论占据重要地位. 小学阶段的竞赛题,基本上是围绕初等数论中的一些常用结论来命制。整数的约数个数是一个高频考点。

本文想了一些办法,让学生以探究、归纳的方式学习约数的个数的计算方法。供有兴趣的家长和老师参考。


【更多习题】

以下两题只是修改了一下数字,供学生巩固之用。

(1)所有 110 的倍数中,共有多少个数恰有 110 个约数?

(2)所有 210 的倍数中,共有多少个数恰有 210 个约数?


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