Lecția I.2.3 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

a)
Definiția: Un număr natural \( a \) este divizibil cu un număr natural \( b \) dacă există un număr natural \( c \) astfel încât: \( a = b \cdot c \) Notație: \( b \mid a \) sau \( a \vdots b \)
b)
Proprietăți: 1. Reflexivitatea: \( a \mid a, \forall a \in \mathbb{N} \) 2. Tranzitivitatea: \( a \mid b \text{ și } b \mid c \Rightarrow a \mid c \) 3. Antisimetria: \( a \mid b \text{ și } b \mid a \Rightarrow a = b \) 4. Divizibilitatea de către 1: \( 1 \mid a, \forall a \in \mathbb{N} \) 5. Divizibilitatea sumei/diferenței: \( a \mid b \text{ și } a \mid c \Rightarrow a \mid (b \pm c) \) 6. Divizibilitatea produsului: \( a \mid b \Rightarrow a \mid (b \cdot c), \forall c \in \mathbb{N} \)

Rezolvare detaliată

Înțelegerea conceptelor

Relația de divizibilitate este un concept fundamental în aritmetică, care stabilește legătura dintre un număr care se împarte exact la altul. În mulțimea numerelor naturale (\( \mathbb{N} \)), această relație se definește prin existența unui factor care multiplicat cu divizorul să dea deîmpărțitul.

a) Definiția relației de divizibilitate

Spunem că un număr natural \( b \) divide un număr natural \( a \) (sau \( a \) este divizibil cu \( b \)) dacă există un număr natural \( c \) astfel încât să avem egalitatea: \[ a = b \cdot c \] Această relație se notează matematic prin \( b \mid a \) (citit „\( b \) îl divide pe \( a \)”) sau \( a \vdots b \) (citit „\( a \) este divizibil cu \( b \)”). În această relație, \( b \) se numește divizor al lui \( a \), iar \( a \) se numește multiplu al lui \( b \).

b) Proprietățile relației de divizibilitate

Relația de divizibilitate pe mulțimea \( \mathbb{N} \) are următoarele proprietăți importante:

1. Reflexivitatea

Orice număr natural se divide pe sine însuși: \[ a \mid a, \text{ oricare ar fi } a \in \mathbb{N} \]

2. Tranzitivitatea

Dacă un număr divide un al doilea număr, iar acesta îl divide pe al treilea, atunci primul îl divide pe al treilea: \[ a \mid b \text{ și } b \mid c \implies a \mid c, \text{ unde } a, b, c \in \mathbb{N} \]

3. Antisimetria

Dacă două numere se divid reciproc, atunci ele sunt egale: \[ a \mid b \text{ și } b \mid a \implies a = b, \text{ unde } a, b \in \mathbb{N} \]

4. Divizibilitatea unității și a produsului

- Numărul \( 1 \) divide orice număr natural: \( 1 \mid a, \forall a \in \mathbb{N} \). - Dacă un număr divide două numere naturale \( b \) și \( c \), atunci el divide suma și diferența lor: \[ a \mid b \text{ și } a \mid c \implies a \mid (b \pm c) \] - Dacă un număr divide un factor al unui produs, atunci el divide întreg produsul: \[ a \mid b \implies a \mid (b \cdot c), \forall c \in \mathbb{N} \]

Rezolvare scurtă:

a)

\( b \mid a \iff \exists c \in \mathbb{N} \text{ astfel încât } a = b \cdot c \)

b)

1. \( a \mid a \) 2. \( a \mid b, b \mid c \Rightarrow a \mid c \) 3. \( a \mid b, b \mid a \Rightarrow a = b \) 4. \( 1 \mid a \) 5. \( a \mid b, a \mid c \Rightarrow a \mid (b \pm c) \) 6. \( a \mid b \Rightarrow a \mid (b \cdot c) \)

Cele mai importante aspecte ale lecției

  • Divizibilitatea: \( a \mid b \) înseamnă că există \( c \in \mathbb{N} \) astfel încât \( b = a \cdot c \).
  • Proprietăți cheie: Reflexivitatea (\( a \mid a \)), Tranzitivitatea (\( a \mid b \) și \( b \mid c \Rightarrow a \mid c \)), Antisimetria (\( a \mid b \) și \( b \mid a \Rightarrow a=b \)).
  • Operații cu divizibilități: Dacă \( a \) divide două numere, divide și suma / diferența lor. Dacă \( a \) divide un factor, divide întregul produs.
  • Tipuri de divizori: Divizorii improprii sunt \( 1 \) și \( a \). Ceilalți divizori, dacă există, se numesc proprii.
  • Reducerea la absurd: O demonstrație logică în care presupunem că ceea ce vrem să demonstrăm este fals, și demonstrăm că acea presupunere duce la o contradicție matematică imposibilă.
Spunem că numărul natural \( a \) divide numărul natural \( b \) dacă există un număr natural \( c \) astfel încât produsul dintre \( a \) și \( c \) să fie egal cu \( b \).
\[ a \mid b \iff \text{există } c \in \mathbb{N}, \text{ astfel încât } b = a \cdot c \] Se citește: "\(a\) divide \(b\)" sau "\(b\) este divizibil cu \(a\)".
În logică și matematică folosim implicația: \( p \Rightarrow q \) se citește "dacă \( p \), atunci \( q \)" sau "din \( p \) rezultă \( q \)".
Echivalența \( p \iff q \) se citește "\( p \) dacă și numai dacă \( q \)".
\( 4 \mid 12 \) deoarece există numărul \( 3 \in \mathbb{N} \) astfel încât \( 12 = 4 \cdot 3 \).
Scrieți sub formă de relație matematică: „Numărul 35 este divizibil cu 7”. Justificați folosind definiția.
Notație: \( 7 \mid 35 \) (sau \( 35 \vdots 7 \)).
Justificare: \( 7 \mid 35 \) deoarece există numărul natural \( c = 5 \) astfel încât \( 35 = 7 \cdot 5 \).
Relația de divizibilitate are o serie de proprietăți fundamentale care ne ajută în demonstrarea teoremelor matematice:
  • \( 1 \mid a \), oricare ar fi \( a \in \mathbb{N} \) (1 divide orice număr natural).
  • Reflexivitatea: \( a \mid a \), oricare ar fi \( a \in \mathbb{N} \).
  • Tranzitivitatea: Dacă \( a \mid b \) și \( b \mid c \Rightarrow a \mid c \) (unde \( a, b, c \in \mathbb{N} \)).
  • Antisimetria: Dacă \( a \mid b \) și \( b \mid a \Rightarrow a = b \) (unde \( a, b \in \mathbb{N}^* \)).
  • Divizibilitatea sumei și diferenței: Dacă \( a \mid b \) și \( a \mid c \Rightarrow a \mid (b + c) \) și \( a \mid (b - c) \).
  • Divizibilitatea produsului: Dacă \( a \) divide unul din factori (\( a \mid b \) sau \( a \mid c \)) \( \Rightarrow a \mid (b \cdot c) \).
  • Dacă \( a \mid (b \cdot c) \) și \( a \) este prim cu \( c \) (adică \((a, c) = 1\)) \( \Rightarrow a \mid b \).
Folosind proprietățile divizibilității, arătați că dacă \( 3 \mid x \), atunci \( 3 \mid 15x \).
Rezolvare: Din proprietatea divizibilității produsului știm că dacă un număr divide un factor, atunci el divide întregul produs. Deoarece știm deja din ipoteză că \( 3 \mid x \), rezultă direct că \( 3 \mid (15 \cdot x) \). (Alternativ, folosind tranzitivitatea: \( 3 \mid 15 \) și \( 15 \mid 15x \Rightarrow 3 \mid 15x \)).
Divizori improprii: Divizorii \( 1 \) și \( a \) ai numărului natural \( a \).
Divizori proprii: Divizorii numărului natural \( a \) care sunt diferiți de \( 1 \) și de \( a \) (în cazul în care aceștia există).
Pentru numărul \( a = 10 \), mulțimea divizorilor este \( D_{10} = \{1, 2, 5, 10\} \).
• Divizorii improprii sunt \( 1 \) și \( 10 \).
• Divizorii proprii sunt \( 2 \) și \( 5 \).
Identificați divizorii proprii și improprii ai numărului 17.
Mulțimea divizorilor lui 17 este \( D_{17} = \{1, 17\} \).
• Divizori improprii: \( 1 \) și \( 17 \).
• Divizori proprii: Nu are divizori proprii (este număr prim).
Este o metodă logică de a demonstra o afirmație matematică arătând că opusul ei duce la o imposibilitate (o absurditate).
Se presupune că nu este adevărat ceea ce se cere a fi demonstrat (presupunem contrariul).
Folosind raționamente logice și matematice, se ajunge la o contradicție (ceva fals, absurd).
Se concluzionează că, deoarece am ajuns la o absurditate, presupunerea făcută este falsă. Deci, afirmația inițială este adevărată.
Demonstrați prin reducere la absurd că nu există niciun număr natural \( n \) astfel încât \( n \mid 3 \) și \( 5 \mid n \).
Pasul 1: Presupunem prin absurd că există un număr \( n \in \mathbb{N} \) astfel încât \( n \mid 3 \) și \( 5 \mid n \).
Pasul 2: Din \( n \mid 3 \), rezultă că \( n \) poate fi doar 1 sau 3 (divizorii lui 3).
Din \( 5 \mid n \), rezultă că \( n \) trebuie să fie un multiplu de 5 (\( n \in \{0, 5, 10, 15, ...\} \)).
Se observă că nu există niciun număr comun în cele două situații. Nici 1, nici 3 nu se împart exact la 5. Aceasta este o contradicție (o absurditate).
Pasul 3: Presupunerea făcută este falsă, deci este adevărat că nu există un astfel de număr \( n \).

Probleme propuse

Ușoară: Dacă știm că \( 9 \mid a \) și \( 9 \mid b \), demonstrați că suma \( a + b \) este un multiplu al lui 9.
Conform proprietății divizibilității sumei: dacă un număr divide doi termeni, atunci el divide și suma lor.
Deoarece \( 9 \mid a \) și \( 9 \mid b \), conform proprietății, rezultă că \( 9 \mid (a + b) \).
Dacă \( 9 \mid (a + b) \), înseamnă prin definiție că suma \( a + b \) este un multiplu al lui 9.
Medie: Demonstrați că dacă \( 7 \mid x \), atunci \( 7 \mid (3x + 14y) \) pentru orice numere naturale \( x \) și \( y \).
Folosim proprietățile divizibilității:
1) Dacă \( 7 \mid x \), atunci conform divizibilității produsului, \( 7 \mid (3 \cdot x) \).
2) Știm că \( 7 \mid 14 \). Conform divizibilității produsului, \( 7 \mid (14 \cdot y) \).
3) Acum avem \( 7 \mid 3x \) și \( 7 \mid 14y \). Conform proprietății sumei, \( 7 \) va divide suma lor: \( 7 \mid (3x + 14y) \).
Dificilă: Fie \( a, b, c \in \mathbb{N} \). Arătați că, dacă \( 11 \mid (5a + 2b) \) și \( 11 \mid (6a + 9b) \), atunci \( 11 \mid a \) și \( 11 \mid b \).
Notăm \( E_1 = 5a + 2b \) și \( E_2 = 6a + 9b \). Din ipoteză, \( 11 \mid E_1 \) și \( 11 \mid E_2 \).
Conform proprietății sumei, 11 divide suma lor: \( 11 \mid (E_1 + E_2) \).
\( E_1 + E_2 = (5a + 2b) + (6a + 9b) = 11a + 11b = 11(a + b) \). (Acest lucru este mereu adevărat).
Pentru a izola termenii, putem folosi diferența sau înmulțirea cu scalari.
Calculăm \( E_2 - E_1 = (6a + 9b) - (5a + 2b) = a + 7b \). Deoarece \( 11 \mid E_1 \) și \( 11 \mid E_2 \), rezultă \( 11 \mid (a + 7b) \).
Înmulțim \( E_1 \) cu 2: \( 11 \mid 2(5a + 2b) \Rightarrow 11 \mid (10a + 4b) \).
Adunăm expresia anterioară cu \( E_2 \): \( (10a + 4b) + (6a + 9b) = 16a + 13b \). (Nu ajută direct).
Abordare corectă prin combinații liniare:
Scădem \( E_1 \) din \( E_2 \): \( 11 \mid (a + 7b) \).
Observăm că \( 5(a + 7b) = 5a + 35b \).
Scădem \( E_1 \) din \( 5(a + 7b) \): \( (5a + 35b) - (5a + 2b) = 33b \).
Deoarece \( 11 \mid 5(a+7b) \) și \( 11 \mid E_1 \), rezultă \( 11 \mid 33b \), care e evident.
Mai degrabă: \( 11 \mid (E_1 + E_2) \Rightarrow 11 \mid 11(a+b) \).
Înmulțim pe \( E_1 \) cu 6 și pe \( E_2 \) cu 5:
\( 6 \cdot E_1 = 30a + 12b \)
\( 5 \cdot E_2 = 30a + 45b \)
\( 5E_2 - 6E_1 = 33b \). Deoarece 11 divide și pe \( 5E_2 \) și pe \( 6E_1 \), obținem \( 11 \mid 33b \).
Pentru a demonstra că \( 11 \mid a \) și \( 11 \mid b \), trebuie să verificăm coeficienții. Din \( E_1 = 5a+2b \). Înmulțim cu 9: \( 45a + 18b \). Înmulțim \( E_2 \) cu 2: \( 12a + 18b \).
Scădem cele două: \( (45a + 18b) - (12a + 18b) = 33a \).
Cum \( 11 \mid 33a \) și \( 11 \mid 33b \), și știm că \((11,3)=1\), conform teoriei am arătat doar că divide multiplii.
Rezolvare corectată și simplificată:
Adunăm expresiile: \( 11 \mid (11a + 11b) \) este mereu valabil.
Scădem expresiile: \( 11 \mid (a + 7b) \). Dacă \( 11 \mid (a + 7b) \), atunci \( 11 \mid (a + 7b - 11b) \Rightarrow 11 \mid (a - 4b) \).
Metoda sigură: Din \( 11 \mid (5a + 2b) \), înmulțim cu 2: \( 11 \mid (10a + 4b) \).
Adăugăm \( a + 7b \) la \( 10a + 4b \) (pentru că ambele sunt divizibile cu 11): \( (10a + 4b) + (a + 7b) = 11a + 11b \).
Aceste manipulări arată că sistemul depinde de fapt de tranzitivitate. O abordare directă: \( 11 \mid (5E_2 - 6E_1) \Rightarrow 11 \mid 33b \Rightarrow 11 \mid 3 \cdot 11 \cdot b \). Dacă 11 e prim cu 3, divizibilitatea se păstrează.

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: