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完全平方数及其性质

 悟痴 2019-05-18

能表示为某个整数的平方的数称为完全平方数,简称平方数。

例如: 0,1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169,196,225,256,289,

324,361,400,441,484,…

     观察这些完全平方数,可以获得对它们的个位数、十位数、数字和等的规律性的认识。 

一、平方数有以下性质:  
【性质1】完全平方数的末位数只能是0,1,4,5,6,9。  
【性质2】奇数的平方的个位数字为奇数,十位数字为偶数。
【性质3】如果完全平方数的十位数字是奇数,则它的个位数字一定是6;反之,如果完全平方数的个位数字是6,则它的十位数字一定是奇数。

推论1:如果一个数的十位数字是奇数,而个位数字不是6,那么这个数一定不是完全平方数。

推论2:如果一个完全平方数的个位数字不是6,则它的十位数字是偶数。 
【性质4】(1)凡个位数字是5,但末两位数字不是25的自然数不是完全平方数;

(2)末尾只有奇数个“0”的自然数(不包括0本身)不是完全平方数;

     100,10000,1000000是完全平方数,

10,1000,100000等则不是完全平方数。

(3)个位数字为1,4,9而十位数字为奇数的自然数不是完全平方数。

需要说明的是:个位数字为1,4,9而十位数字为奇数的自然数一定不是完全平方数,如:11,31,51,74,99,211,454,879等一定不是完全平方数一定不是完全平方数。

但个位数字为1,4,9而十位数字为偶数的自然数不都是完全平方数。如:21,44,89不是完全平方数,但49,64,81是完全平方数。

【性质5】偶数的平方是4的倍数;奇数的平方是4的倍数加1。

这是因为   (2k+1)^2=4k(k+1)+1                    (2k)^2=4k^2

【性质6】奇数的平方是8n+1型;偶数的平方为8n或8n+4型。

【性质7】平方数的形式一定是下列两种之一:3k,3k+1。【注意:具备以上条件的不一定是完全平方数(如13,21,24,28等)】

【性质8】不能被5整除的数的平方为5k±1型,能被5整除的数的平方为5k型。

【性质9】平方数的形式具有下列形式之一:16m,16m+1,16m+4,16m+9。 
除了上面关于个位数,十位数和余数的性质之外,还可研究完全平方数各位数字之和。

例如,256它的各位数字相加为2+5+6=13,13叫做256的各位数字和。如果再把13的各位数字相加:1+3=4,4也可以叫做256的各位数字的和。

下面我们提到的一个数的各位数字之和是指把它的各位数字相加,如果得到的数字之和不是一位数,就把所得的数字再相加,直到成为一位数为止。

关于完全平方数的数字和有下面的性质:

【性质10】完全平方数的各位数字之和只能是0,1,4,7,9。

证明   因为一个整数被9除只能是

9k,9k±1, 9k±2, 9k±3, 9k±4这几种形式,而 (9k)^2=9(9k^2)+0 (9k±1)^2=9(9k^2±2k)+1 (9k±2)^2=9(9k^2±4k)+4 (9k±3)^2=9(9k^2±6k)+9 (9k±4)^2=9(9k^2±8k+1)+7

除了以上几条性质以外,还有下列重要性质:

【性质11】a^2b为完全平方数的充要条件是b为完全平方数。

【性质12】如果质数p能整除a,但p^2不能整除a,则a不是完全平方数。

证明   由题设可知,a有质因子p,但无因子p^2,可知a分解成标准式时,p的次方为1,而完全平方数分解成标准式时,各质因子的次方均为偶数,可见a不是完全平方数。

【性质13】在两个相邻的整数的平方数之间的所有整数都不是完全平方数,即

【性质14】一个正整数n是完全平方数的充分必要条件是n有奇数个因子(包括1和n本身)。

【性质15】完全平方数的约数个数是奇数个。约数的个数为奇数个的自然数是完全平方数。

【性质16】若质数p整除完全平方数a,则p^2|a。

【性质17】任何四个连续整数的乘积加1,必定是一个平方数。 

二、重要结论(不是完全平方数的特点)

1.个位数是2,3,7,8的整数一定不是完全平方数;  

2.个位数和十位数都是奇数的整数一定不是完全平方数;

3.个位数是6,十位数是偶数的整数一定不是完全平方数;

4.形如3n+2型的整数一定不是完全平方数;

5.形如4n+2和4n+3型的整数一定不是完全平方数;

6.形如5n±2型的整数一定不是完全平方数;

7.形如8n+2, 8n+3, 8n+5, 8n+6,8n+7型的整数一定不是完全平方数;

8.数字和是2,3,5,6,8的整数一定不是完全平方数


三、个位数与正整数幂

正整数幂的个位与其底数的个位有周期性关系。

【性质1】和的个位数字是诸加项个位数字之和的个位数字.

【性质2】积的个位数字是诸因数个位数字之积的个位数字.


四、例题剖析

【例1】有一个1000位的数,它由888个1和112个0组成,这个数是否可能是一个平方数?

解法一:这个1000位数的各位数字和为:888→24→6,

根据各位数字和是2,3,5,6,8的整数一定不是完全平方数判定,此数不是完全平方数。

解法二:设这个1000位数=A,是a的平方的完全平方数,

因为A能被3整除,所以也能被3整除,即A能被9整除,但9不能整除888,

所以A不是完全平方数。


【例2】如果m是整数,那么m的平方+1的个位数可能是(     )。

解:因为完全平方数的个位数只能是0,1,4,5,6,9,

所以m的平方+1的个位数可能是1,2,5,6,7,0


【例3】有4个不同的数字可共组成18个不同的4位数。将这18个不同的4位数由小到大排成一排,其中第一个是完全平方数,倒数第二个也是完全平方数。那么这18个数的平均数是多少?

解:(1)由4个不同的数字可以构成:4*3*2*1=24个不同的4位数,只能构成18个4位数说明含有一个数字“0”,即:3*3*2*1=18。

(2)这些4位数中,最小的为a0bc,次大的为cb0a(其中0<a<b<c)。

(3)完全平方数的个位数只能是0,1,4,5,6,9,

令c=9,则b必须为偶数(试取8),a取1(1+0+8+9=18→9,☆完全平方数的各位数字之和只能是0,1,4,7,9),

得:1089=33的平方,9801=99的平方。

(4)平均数的千位数:(1+8+9)*6/18=6

      百、十、个位数:(1+8+9+0)*4/18=4

所求:6444


【例4】1987的1987次幂乘以1988的1988次幂乘以1989的1989次幂的个位数是几?

解:先要确定高次幂的个位数周期

1987的1,2,3,...1987次幂的个位数分别是7,9,3,1,7,9...,周期为7,9,3,1这4个个位数循环,1987÷4...3,所以的个位数为3;

1988的1,2,3,...1988次幂的个位数分别是8,4,2,6,8,4...,周期为8,4,2,6这4个个位数循环,1988÷4...0,所以的个位数为6;

1989的1,2,3,...1989次幂的个位数分别是9,1,9,1,...,周期为9,1这2个个位数循环,1989÷2...1,所以的个位数为9;

所求:个位数是3×6×9的个位数即为2.


总结:(1)和的余数等于余数的和;

       (2)差的余数等于余数的差;

       (3)积的余数等于余数的积。


【例5】12345678987654321是否是完全平方数.

解:12345678987654321的个位数字和为:36+9+36=81→9

所求:是一个完全平方数

迎春杯07年六年级组第11

   4不同的数字共可组成18个不同的4位数。将这18个不同的4位数由小到大排成一排,其中第一个是一个完全平方数,倒数第二个也是完全平方数。那么这18个数的平均数是:                

分析与解答:

一,首先涉及到排列组合与乘法原理:
当没有0时,4个不同的数字共可组成4=24个不同的4位数。
       如果只能组成18个不同的4位数,说明其中必有0,即按3×3!=18算出来的。

二,在这四个不同的数中,设最小的数(小0中大)=A2,倒数第二个则是(大中0小)=B2,
    两数正好是一对反序数。
    根据完全平方数的尾数特点,
    “小”、“大”两数必是1,4,6,9之中的两个。且中数在小大之间。

三,分类讨论,使用枚举法一一验证,但是注意使用平方数的判断技巧。
    1,先判断小数,再用大数验证。
    2,利用平方数的整除特征:是2的倍数必是4的倍数,是3的倍数必是9的倍数,是5的倍数必是25的倍数。
    3,利用高位估算法与尾数特点确定。例如平方数为1056,那么肯定是34或者36的平方,然后再验算即可。

四,可以分为以下3类:
   (1)当“大”=4,那么只有1024,1034符合,
     1024=32*32,但4201不成立。
     1034是2的倍数不是4的倍数。
   (2) 当“大”=6, 那么1026,1036,1046,1056,4056符合。
     1026,1046是2的倍数不是4的倍数,排除。
     4056是3的倍数,不是9的倍数,排除。
     32*32<1036,1056<33*33,排除1036与1056,其实也可以排除1026,1046。
   (3)当“大”=9,

    在(10中9)的数中,取332=1089, 而9801可以用992来试算,知9801=992.符合。

    在(40中9)的数中,取632,672不成立。
   509)的数中,取672732不成立。
    在(60中9)的数中,取732,772不成立。
   所以,符合条件的数只能是由1089开始的四位数。

五,求这18个数的和,有两种方法,一种是枚举法,当然要结合找规律,但是也很难计算;
   另一种是计数法,即根据每一位上的数字出现的次数来统一计算。
   又分两种思路:
   1,直接计算:千位上1,8,9出现的次数为3!=6次,百位十位个位上出现1,8,9的次数为2*2!=4次,所以18个数的总和为(1+8+9)*6444,所以平均数为6444。
   2,利用排除法:假设0也可以作为高位,例如0189也算符合要求的,那么这24个数的总和应该是(0+1+8+9)*6666。那么多加的6个数用同样的方法可知总和为(1+8+9)*222,所以18个数的总和为18*6666-18*222,所以平均数为6444。


点评:
1,此题也是难度非常大的一道综合题型,涉及到排列组合计数原理的考察,有数字大小的排列,然后主要是平方数的判断,其实都是奥数课程里面的基本内容,但是组合起来之后就难度变很大了。

2,第一步思路是根据18个数判断出其中必有一个为0,这个一般同学都能判断出,但是这一步离最后答案还相差十万八千里,所以可以看出,计数原理都是作为附属考察内容渗透进每道试题,难度不大,但是不过关又无从下手。

3,第二步思路主要是根据分类原则逐一对平方数进行判断,需要使用平方数的特征,同时需要同学有很强很快的计算能力。很多同学不重视平方数的特征,尤其是判断过程,因为他们觉得这个东西无法考察(因为不是填空题型),通过这道题目的学习就应该知道每一个数学知识点都是有用的,而且是可以用题目考察到的,不要轻易放过任何一个有用的数学原理,比如五六年级的抽屉原理也是,很多同学觉得没用,不会考,从考试角度来说确实考察的频率相对底,但是体现的数学思想是在很多题目当中有体现的。


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