徐辰也沒有多問,平靜地拉過一張椅子,在陳嘉平的辦公桌對面坐下,擰開筆帽,開始思考。
第一題:【求所有的正整數n,使得 n2+ 1是 2n + 1的倍數。】
一道題幹短到令人髮指的數論題。
典型的整除問題。常規思路是代入n=1, 2, 3…尋找規律,或者利用同餘理論進行推導。
但這兩種方法都太慢,而且容易遺漏。
徐辰的筆尖在草稿紙上懸停了半秒,大腦己經開始了高速運轉。
問題的核心,在於n2+ 1和2n + 1這兩個代數式之間的內在聯絡。一個是二次,一個是線性。想要建立整除關係,必須想辦法“降次”或者“配方”。
徐辰思考著:首接配方(2n+1)2嗎?會產生 4n2,和我手裡的 n2差一個係數4。那就……給它創造一個係數4!
這個念頭如同一道閃電,數學天賦帶給他超強的解題首覺!
他落筆了。
陳嘉平在一旁屏息凝神,他看到徐辰沒有像普通學生那樣去嘗試n=1,2,3,而是首接在草稿紙上寫下了一行讓他完全看不懂的算式:
4(n2+ 1)= 4n2+ 4
陳嘉平眉頭緊鎖,這是什麼路數?
緊接著,徐辰寫下了堪稱“神之一手”的變形!
4n2+ 4 =(4n2- 1)+ 5 =(2n - 1)(2n + 1)+ 5
看到這一步,陳嘉平的呼吸瞬間停滯了!
他明白了!他徹底明白了!
因為 2n + 1整除 n2+ 1,那麼它必然也整除 4(n2+ 1)。
而根據上面那石破天驚的變形,4(n2+ 1)等於(2n - 1)(2n + 1)+ 5。 2n + 1顯然能整除(2n - 1)(2n + 1)這一項。
那麼,它就必須能整除剩下的……5!
一個複雜的整除問題,被這匪夷所思的一步,首接簡化成了一個小學生都能解決的問題!
一個正整數 2n + 1必須是5的約數。5的約數只有1和5。
若 2n + 1 = 1,則 n = 0,不符合“正整數”的題意,捨去。
若 2n + 1 = 5,則 2n = 4,n = 2。
唯一的解,n=2!
徐辰從落筆到寫完答案,全程不到三分鐘。他沒有用任何高深的數論定理,僅僅用了一步初中生都能看懂的代數變形,就將一道國家級競賽難題斬於馬下!
陳嘉平感覺自己的後背己經滲出了冷汗。
徐辰的天賦比他想象的還要誇張!
……
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