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平方趣味1:初步辨認法數學謎題

答對率:76%
在進入國中之後,平方和根號就成了數學裡的一環,
尤其使用商高定理和一元二次方程式的公式解更容易頻繁用到。
如果在根號中出現了一個很大的數字,
難以判斷在開根號後是否為有理數時,進行初步判斷是很重要的,
也能讓解題速度有所提升。

由於乘法中影響積尾數的數字只有被乘數和乘數的尾數,
所以我們能初步判斷尾數0,1,4,5,6,9的數字有可能為平方數,
相對的,因為兩個相同尾數相乘後尾數不可能為2,3,7,8,
故若看見一個數的尾數是2,3,7,8,則該數開根號必為無理數。

然而,我們除了最初步的尾數辨認,其實也能透過後2位進行辨認,
請問尾數00~99一百種後2位數字中,
有幾種組合在後2碼時是有可能為平方數的?
(即其他組合在後2碼時必不可能為平方數)
而你又能列舉出幾種呢?若能列舉,那能夠證明為何只有那幾種嗎?
jen8810556(耀☆羽)2015-03-27提供(2015-03-28修改)
來源:自己
看答案
22種,分別是:
00.01,04,09,16,21,24,25,29,36,41,44,49,56,61,64,69,76,81,84,89,96
當你找任意一個平方數時,後2碼必為以上22種情況的其中一種。
(若該數為1位數的話則去掉十位數的0)

證明見解析。

解析

我要編輯
以下提供三種證明法:

一、用和的平方公式證明
令n為自然數(正整數),a為整數且-25≦a≦25
(50n+a)2
=(50n)2+2×50n×a+a2
=2500n2+100an+a2
=100(25n2+an)+a2
由此可證(50n+a)2的後2碼必為a2的後2碼
而1~25和(-1)~(-25)的平方數相同
而0,10,20的平方後2碼皆為00,5,15,25的平方後2碼皆為25
所以情況共有26-4=22種
其中算式中的26代表0~25,而4為重複的部分
而後3碼或更多碼(後k碼)亦可用(5n×10k-1+a)2證實後k碼必定重複。

二、用遞迴關係式證明
n2的遞迴關係式如下:

即平方數為1,3,5,7,9……由1開始的連續奇數相加構成,
而我們知道49+51=100,而兩者往前和往後提又分別是47+53,類推往外
證明法如下:

則x或(x+n)至少有一個為25的倍數時,an和an+2x的後2碼就相同
由於x是變數,故至少有一個n加上任意變數x時最多加上24,最少加上0會變為25的倍數
所以所有整數平方的後2碼都會和0~25平方的後兩碼相同,去除掉重複的00和25後,答案即為22個
而後3碼或更多碼(後k碼)亦可用an+4x(x+n)
證實x或(x+n)至少有一個為10k/4的倍數時後k碼必定重複(一碼時不適用)。

三、用平方差公式證明
n2-x2+x2
=(n+x)(n-x)+x2
(n+x)(n-x)為100的倍數時,尾數為x2
因為兩者相差2x,故兩者皆為奇數或皆為偶數
當兩者皆為偶數時,只要其中一項是50的倍數,另一項就會是2的倍數
將n-x代入50a(其中a為0或正整數),得(50a)(50a+2x)=100a(25a+x)
將n+x代入50b(其中b為正整數),得(50b)(50b-2x)=100b(25b+x)
n要透過±x來變為50的倍數時,最多只要±25即可用最少步數達成目標
故當-25≦x≦25即可滿足條件
因為尾數為x2,故將負數部分和後2碼相同,多餘的00和25者去掉
即可得到有22種解
而後3碼或更多碼(後k碼)亦可用(5a×10k-1)(5a×10k-1+2x)=(a×10k)(25a×10k-2+x)
或者(5b×10k-1)(5a×10k-1-2x)=(a×10k)(25a×10k-2-x)
透過調整變數x使n±x形成5×10k-1證實後k碼必定重複(一碼時不適用)。
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