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2012/01/30

[問題] Why 101| 100^{2N} - 1N\in\mathbb{Z^{+}}?

Why [100^2N - 1] (where N is positive integer) is divisible by 101?
這裡示範「一題多解」技巧

數學歸納法 Mathematics Induction

n=1,2,命題成立。考慮 n=k-1,kk\in\mathbb{Z^{+}}
100^{2k} - 1=101DD\in\mathbb{Z}
100^{2(k-1)} - 1=101EE\in\mathbb{Z}

由於
100^{2(k+1)} - 1
=(100^{2k} - 1)(100^{2} + 1) -100^{2k}+ 100^{2}
=10001(101D)-100^{2}(100^{2(k-1)}-1)
=10001(101D)-10000(101E)
=101(10001D-10000E)
=101FF=10001D-10000E\in\mathbb{Z}
(證畢)

二項式定理 Binomial Theorem

考慮 100=101-1
所以,
100^{2N} - 1
=(101-1)^{2N} - 1
=101^{2N}+\binom{2N}{1}101^{2N-1}(-1)^{1}+...+\binom{2N}{2N-1}101^{1}(-1)^{2N-1}+(-1)^{2N}-1
=101^{2N}+\binom{2N}{1}101^{2N-1}(-1)^{1}+...+\binom{2N}{2N-1}101^{1}(-1)^{2N-1}
=101[101^{2N-1}+\binom{2N}{1}101^{2N-2}(-1)^{1}+...+\binom{2N}{2N-1}(-1)^{2N-1}]
(證畢)

和差公式 Summation of Difference

100^{2N}-1
=10000^{N}-1
=(10000^{N}-10000^{N-1})+(10000^{N-1}-10000^{N-2})+...+(10000^{1}-1)
=\sum (10000^{n}-10000^{n-1})
=\sum [10000^{n-1}(10000-1)]
=9999\sum 10000^{n-1}
=101(99\sum 10000^{n-1})
(證畢)

其實,數學老師會否接受學生這樣解釋:
這個數的數值必定由 4 的倍數的 9 所組成(例如 9999、99999999、999999999999、...),因此必定是 9999 的倍數(即 101\times99 的倍數)。

[挑戰]還有其他方法嗎?有沒有無言證明(proof without word)?

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