So nguyenn to trong truong THCS voi doi tuong la HS kha, gioi.doc

Chính vì lẽ đó mà các bài toán sốhọc luôn có mặt trong các đề thi chọn học sinh giỏi toán ở tất cả các cấp học và đốivới hầu hết các nớc trên thế giới.Là một bộ phận của Số học, Số nguyê

viện SKKN của Quang Hiệu : http://quanghieu030778.violet.vn

Lời nói đầuToán học là một trong những môn học có vị trí quan trọng trong nhà trờng.Dạy toán là dạy phơng pháp suy luận khoa học Học toán là rèn luyện khả năng tduy lôgic, còn giải toán là một phơng tiện rất tốt trong việc nắm vững tri thức, pháttriển t duy, hình thành kỹ năng, kỹ xảo Nhng khi nói đến toán có rất nhiều ngời chorằng: đây là một môn khoa học khô khan, cứng nhắc Còn thực tế, toán học là mộtcông cụ vĩ đại làm giảm nhẹ công việc trong các lĩnh vực khác nhau Trong toánhọc cũng đã thâm nhập vào trong những nghề mà có lẽ chúng ta cha bao giờ tìmthấy toán Ví dụ nh một công nhân chuyên ngành, một ngời bán hàng cũng khôngthể không có những tính toán đến con số, hay một sự tiến bộ khoa học không thểkhông có những nghiên cứu mà cơ sở của những nghiên cứu đó đợc tạo nên bởithống kê toán học vì vậy ta có thể nói: Toán học không phải là sự thông minhsách vở khô khan, nhằm chọc tức những ngời ít quan tâm cũng không phải là nhữngtính toán ngốc nghếch chỉ đem lại kết quả là thuộc lòng một tóm tắt công thức.Trong th của Thủ tớng Phạm Văn Đồng gửi các bạn trẻ yêu toán (đăng trên báo

Toán học Tuổi trẻ) có đoạn viết: “ Trong các môn khoa học kỹ thuật, toán học giữ một vị trí đặc biệt, nó có tác dụng lớn đối với sản xuất và chiến đấu“.

Trong Toán học, Phân môn Số học là phân môn môn có từ lâu đời nhất và có

nhiều sự hấp dẫn Các bài toán số học đã cuốn hút và làm say mê lòng ngời: Từ cácnhà toán học lỗi lạc của mọi thời đại đến đông đảo các bạn trẻ yêu toán Thế giớicác con số quen thuộc đối với chúng ta trong cuộc sống hàng ngày, nhng nó cũng làmột thế giới hết sức kỳ lạ và đầy bí ẩn Loài ngời đã phát hiện trong đó biết bao tínhchất, bao quy luật đồng thỡi cũng đau đầu cha thể chứng minh đợc một số những dự

1

kiến, dự đoán toán học Một điều lý thú là có nhiều mệnh đề khó của số học lại đợcphát biểu rất đơn giản, rất dễ hiểu Nhiều bài toán số học khó nhng lại có thể giảiquyết sáng tạo với những kiến thức số học rất phổ thông Trong số học, chúng tacòn có những vấn đề mới đầy bí ẩn đang chờ đón Chính vì lẽ đó mà các bài toán sốhọc luôn có mặt trong các đề thi chọn học sinh giỏi toán ở tất cả các cấp học và đốivới hầu hết các nớc trên thế giới.

Là một bộ phận của Số học, Số nguyên tố cũng tựu chung đầy đủ các yếu tố

trên làm quen đối với số nguyên tố và yêu thích số nguyên tố, chúng ta càng thấy

rõ chân lý: “Toán học là môn thể dục của trí tuệ“ Nó giúp rèn luyện đợc

tính kiên trì vợt khó, t duy lôgic và tính sáng tạo

Trong chơng trình của bậc Trung học Cơ sở, số nguyên tố đợc đề cập trong 4tiết, trong đó có 2 tiết lý thuyết và 2 tiết luyện tập; ngoài ra còn một số đơn vị kiếnthức đợc nằm rải rác ở các tiết học khác (sách giáo khoa Toán 6) Trong điều kiện

đó, giáo viên mới dừng ở mức độ giúp học sinh có đợc hiểu biết sơ đẳng nhất về sốnguyên tố nh: định nghĩa số nguyên tố, những tính chất cơ bản của số nguyên tố vàcác bài tập áp dụng lý thuyết đơn thuần Vì vậy khi gặp những bài toán về sốnguyên tố ở dạng tổng quát và phức tạp, học sinh thờng hay lúng túng và bế tắc

Là giáo viên, tôi thấy việc giúp đỡ các em học sinh, nhất là các em học sinhkhá giỏi tìm hiểu sâu sắc hơn về số nguyên tố là một việc làm rất cần thiết Vớinhững lý do đó, cùng với sự trăn trở, say mê nghiên cứu, tìm tòi học hỏi, tôi mạnhdạn trình bày một số quan điểm khi giảng dạy chuyên đề “Số nguyên tố“ trong trờng trung học cơ sở với đối tợng là học sinh khá và giỏi.

Trong phạm vi chuyên đề này, tôi trình bày những nội dung sau:

2

Phần thứ nhất: Một số kiến thức cơ bản về số nguyên tố Phần này tôi

nhằm hệ thống lại các kiến thức cơ bản về số nguyên tố mà chúng ta sẽ sử dụng giảibài tập

Phần thứ hai: Một số bài toán cơ bản về số nguyên tố lớp 6 Các bài tập

trong phần này đợc đa vào theo các dạng và có trình bày lời giải

Phần thứ ba: Phụ lục Trong phần này tôi giới thiệu một số vấn đề đợc đề

cập để các bạn tham khảo

Thông qua chuyên đề này, tôi muốn giúp cho các em học sinh có khả năng tduy sâu sắc, khả năng tổng hợp nhanh nhậy và tính chính xác cao mà toán học đòihỏi Cũng qua đó giúp các em dần làm quen với phơng pháp học toán ở bậc trunghọc cơ sở

Tuy nhiên, với khả năng và trình độ của bản còn nhiều hạn chế chuyên đềnày khó tránh khỏi đợc những thiếu sót Rất mong muốn đợc các thầy giáo, cô giáocác bạn đồng nghiệp và bạn đọc tham gia ý kiến để chuyên đề này của tôi đợc hoànthiện hơn

Hải Dơng, ngày 23 tháng 3 năm 2004

Ngời thực hiện chuyên đề

Nguyễn Thị Mai Hơng

3

Phần I

Tóm tắt

Một số kiến thức cơ bản

Về số nguyên tố I/ Định nghĩa

1) Số nguyên tố là những số tự nhiên lớn hơn 1, chỉ có 2 ớc số là 1 và chính nó.

Ta thấy (2) mâu thuẫn (1)

Vậy không thể có hữu hạn số nguyên tố

2/ Định lý 2:

Mọi số tự nhiên lớn hơn 1 đều phân tích đợc ra thừa số nguyên tố một cáchduy nhất (không kể thứ tự các thừa số)

Chứng minh:

* Mọi số tự nhiên lớn hơn 1 đều phân tích đợc ra thừa số nguyên tố:

Thật vậy: giả sử điều khẳng định trên là đúng với mọi số m thoả mãn: 1<

m < n ta chứng minh điều đó đúng với mọi n

Nếu n là nguyên tố, ta có điều phải chứng minh

Nếu n là hợp số, theo định nghĩa hợp số, ta có: n = a.b (với a, b < n)

Theo giả thiết quy nạp: a và b là tích các thừa số nhỏ hơn n nên n là tích cảcác thừa số nguyên tố

* Sự phân tích là duy nhất:

Giả sử mọi số m < n đều phân tích đợc ra thừa số nguyên tố một cách duynhất, ta chứng minh điều đó đúng với n:

Nếu n là số nguyên tố thì ta đợc điều phải chứng minh

Nếu n là hợp số: Giả sử có 2 cách phân tích n ra thừa số nguyên tố khácnhau:

n = p.q.r

n = p’.q’.r’

Trong đó p, q, r và p’, q’, r’ là các số nguyên tố và không có số nguyên

tố nào cũng có mặt trong cả hai phân tích đó (vì nếu có số thoả mãn điều kiện nhtrên, ta có thể chia n cho số đó lúc đó thờng sẽ nhỏ hơn n, thơng này có hai cáchphân tích ra thừa số nguyên tố khác nhau, trái với giả thiết của quy nạp)

Không mất tính tổng quát, ta có thể giả thiết p và p’ lần lợt là các số nguyên

tố nhỏ nhất trong phân tích thứ nhất và thứ hai

Vì n là hợp số nên n’ > p2 và n > p’2

Do p = p’ => n > p.p’

Xét m = n - pp’ < n đợc phân tích ra thừa số nguyên tố một cách duy nhất

ta thấy:

Vậy, điều giả sử không đúng, n không thể là hợp số mà n phải là số nguyên tố(Định lý đợc chứng minh).

III/ Cách nhận biết một số nguyên tố

Cách 1:

Chia số đó lần lợt cho các nguyên tố từ nhỏ đến lớn: 2; 3; 5; 7

Nếu có một phép chia hết thì số đó không nguyên tố

Nếu thực hiện phép chia cho đến lúc thơng số nhỏ hơn số chia mà các phépchia vẫn có số d thì số đó là nguyên tố

Cách 2:

Một số có hai ớc số lớn hơn 1 thì số đó không phải là số nguyên tố

Cho học sinh lớp 6 học cách nhận biết 1 số nguyên tố bằng phơng pháp thứnhất (nêu ở trên), là dựa vào định lý cơ bản:

Ước số nguyên tố nhỏ nhất của một hợp số A là một số khôngvợt quá ♦A

Đặc biệt: Với dãy 25 số nguyên tố nhỏ hơn 100 nên cho học sinh học thuộc,tuy nhiên khi găp 1 số a nào đó (a < 100) muốn xét xem a là số nguyên tố hay hợp

số ta thử a có chia hết cho 2; 3; 5; 7 hay không

+ Nếu a chia hết cho 1 trong 4 số đó thì a là hợp số

+Nếu a không chia hết cho số nào đó trong 4 số trên thì a là số nguyên tố

Với quy tắc trên trong một khoản thời gian ngắn, với các dấu hiệu chia hết thìhọc sinh nhanh chóng trả lời đợc một số có hai chữ số nào đó là nguyên tố haykhông.

3100 có (100 + 1) = 101 ớc

1000 000 000 = 109 = 29.59 có (9 + 1)(9+1) = 100 ớc

ý nghĩa: Khi thông báo cho học sinh cách tính số ớc của một số các em có

thể tin tởng khi viết một tập hợp ớc của một số và khẳng định đã đủ hay cha

b) Tổng các ớc một số của A tính bằng công thức:

p1X1 + 1 - 1 p2X2 + 1 - 1 pnXn + 1 - 1(A) = p1 - 1 p2 - 1 pn - 1

V/ Hai số nguyên tố cùng nhau:

1- Hai số tự nhiên đợc gọi là nguyên tố cùng nhau khi và chỉ khi chúng có ớc

chung lớn nhất (ƯCLN) bằng 1

a, b nguyên tố cùng nhau <=> (a,b) = 1 a,b ε N

2- Hai số tự nhiên liên tiếp luôn nguyên tố cùng nhau

3- Hai số nguyên tố khác nhau luôn nguyên tố cùng nhau

4- Các số a,b,c nguyên tố cùng nhau <=> (a,b,c) = 1

5- a,b,c nguyên tố sánh đôi khi chúng đôi một nguyên tố cùng nhau

a,b,c nguyên tố sánh đôi <=> (a,b) = (b,c) = (c,a) = 1

VI/ Một số định lý đặc biệt

1) Định lý Đirichlet

Tồn tại vô số số nguyên tố p có dạng:

p = ax + b (x ε N, a,b là 2 số nguyên tố cùng nhau)

Việc chứng minh định lý này khá phức tạp, trừ một số trờng hợp đặc biệt

Ví dụ: Chứng minh rằng có vô số số nguyên tố dạng 2x – 1; 3x – 1;4x + 3; 6x + 5

2) Định lý Tchebycheff

Trong khoảng từ số tự nhiên n đến số tự nhiên 2n có ít nhất một sốnguyên tố (n 〈 2)

3) Định lý Vinogradow

Mọi số lẻ lớn hơn 33 là tổng của 3 số nguyên tố

Các định lý 2 và 3 ta có thể giới thiệu cho học sinh tham khảo và sử dụng đểgiải một số bài tập

Phần II

Một số bài toán cơ bản

Về số nguyên tố lớp 6 Dạng 1:

Bài tập số 1:

Giải:

Giáo viên gợi ý và hớng dẫn học sinh để học sinh tự rút ra nhận xét:

Mọi số tự nhiên không nhỏ hơn 2 có 1 trong 3 dạng: 3x; 3x + 1; hoặc 3x - 1+) Những số có dạng 3x (với x>1) là hợp số

+) Xét 2 số có dạng 3x + 1: đó là số (3m + 1) và số (3n + 1)

Xét tích (3m + 1)(3n + 1) = 9mn + 3m + 3n + 1 = 3x + 1

Tích trên có dạng: 3x + 1

+) Lấy một số nguyên tố p có dạng 3x – 1 (với p bất kỳ ε p ) ta lập tích của

p với tất cả các số nguyên tố nhỏ hơn p rồi trừ đi ta có:

M = 2.3.5.7 p – 1 = 3(2.5.7 p) – 1

M có dạng: 3x – 1

Có 2 khả năng xảy ra:

* Khả năng 1: M là số nguyên tố, đó là số nguyên tố có dạng (3x – 1) > p,bài toán đợc chứng minh

* Khả năng 2: M là hợp số: Ta chia M cho 2, 3, 5, ,p đều tồn tại một số dkhác 0 nên các ớc nguyên tố của M đều lớn hơn p, trong các ớc này không có sốnào có dạng 3x + 1 (đã chứng minh trên) Do đó ít nhất một trong các ớc nguyên tốcủa M phải có dạng 3x (hợp số) hoặc 3x + 1

Vì nếu tất cả có dạng 3x + 1 thì M phải có dạng 3x + 1 (đã chứng minh trên)

Do đó, ít nhất một trong các ớc nguyên tố của M phải có dạng 3x + 1, ớc này luônlớn hơn p

VËy: Cã v« sè sè nguyªn tè d¹ng 3x – 1.

Bµi tËp sè 2:

NhËn xÐt: C¸c sè nguyªn tè lÎ kh«ng thÓ cã d¹ng 4x hoÆc 4x + 2.

VËy chóng chØ cã thÓ tån t¹i díi 1 trong 2 d¹ng

4x + 1 hoÆc 4x + 3 Ta sÏ chøng minh cã v« sè sè nguyªn tè cã d¹ng 4x + 3+) XÐt tÝch 2 sè cã d¹ng 4x + 1 lµ: 4m + 1 vµ 4n + 1

íc nguyªn tè cña N cã Ýt nhÊt 1 íc cã d¹ng 4x – 1 mµ íc nµy hiÓn nhiªn lính¬n p

VËy: Cã v« sè sè nguyªn tè cã d¹ng 4x – 1 (hay cã d¹ng 4x + 3)

Trên đây là mộ số bài toán chứng minh đơn giản của định lý Đirielet: Có vô

số số nguyên tố dạng ax + b trong đó xε N ,(a,b) = 1

Mục đích của những bài tập dạng này là: Rèn luyện cho học sinh khảnăng t duy sâu, cách xem xét và kết luận về một vấn đề toán học bằng cách xéthết các khả năng có thể xảy ra, dùng những vấn đề toán học đã đ ợc chứng minhhoặc đã biết để loại bỏ các khả năng không thể xảy ra và làm sáng tỏ vấn đềcần phải chứng minh

Sau khi thành thạo dạng toán này học sinh lớp 6 hiểu đợc sâu sắc hơn, cókhái niệm rõ ràng hơn Thế nào là chứng minh một vấn đề toán học và có đợcnhững kỹ năng, kỹ xảo chứng minh cần thiết

Tuy nhiên, với dạng toán này, ở trình độ lớp 6 các em chỉ giải quyết đợcnhững bài tập ở dạng đơn giản Việc chứng các bài tập ở dạng này phức tạphơn, các em sẽ gặp nhiều khó khăn chứ không thể dễ dàng chứng minh đ ợc.Chẳng hạn chứng minh về vô số số nguyên tố có dạng 4a + 1; 6a + 1 phức tạp hơn nhiều

Bài tập đề nghị:

Bài 1: Chứng minh rằng có vô số số nguyên tố có dạng 6x+5

Bài 2: Chứng minh rằng mọi số nguyên tố dơng n có dạngn 4k + 3(k ε N)

Dạng 2

Các bài toán chứng minh

Số nguyên tố

Nếu p là hợp số thì p là tích của các thừa số nguyên tố nhỏ hơn p và số

mũ các luỹ thừa này không thể lớn hơn số mũ của chính các luỹ thừa ấy chứatrong (p – 1)!

Vậy: (p – 1) !: p (điều phải chứng minh)

+) Xét trờng hợp p là số nguyên tố:

Vì p ε P => p nguyên tố cùng nhau với mọi thừa số của (p –1)!

(vì p>p-1 => (p – 1)! : p (điều phải chứng minh)

và (2p(q-1) + 2p(q-2) + + 1) > 1

Dẫn đến 2m – 1 là hợp số (trái với giả thiết 2m –1 là số nguyên tố)

 Điều giả sử không thể xảy ra

Vậy m phải là số nguyên tố (điều phải chứng minh)

Bài tập số 3:

Chứng minh rằng: 1994! – 1 có mọi ớc số nguyên tố lớn hơn 1994

Bµi 1: Cho a vµ b lµ hai sè nguyªn tè Chøng minh r¾ngè d cña phÐp chia b-1béi sè

®Çu tiªn cña a cho b t¹o thµnh d·y sè b-1 sè sè tù nhiªn ®Çu tiªn

Bµi 2 : Chøng minh r»ng: nÕu p lµ sè nguyªn tè th× tÝch2.3.4 (p-3)(p-2)lµ mét béi

Dạng 3

Tìm số nguyên tố Thoả mãn điều kiện cho trớc

Bài tập số 1:

Tìm tất cả các giá trị của số nguyên tố p để: p + 10 và p + 14 cũng là số nguyên tố

Giải: (Phơng pháp: Chứng minh duy nhất)

Vậy với bài tập này, học sinh chỉ cần chỉ ra một vài giá trị của p thoả mãn là đủ

Bài tập số 3:

Tìm k để trong 10 số tự nhiên liên tiếp: k + 1; k +2; k +3; k +10 có nhiều sốnguyên tố nhất

Giải:

Giáo viên hớng dẫn học sinh rút ra nhận xét: Trong 10 số tự nhiên liên tiếp,

có 5 số chẵn và 5 số lẻ (trong 5 số chẵn, có nhiều nhất là 1 số nguyên tố chẵn là 2)

Vậy: trong 10 số đó có không quá 6 số nguyên tố

Các bài toán thuộc dạng: Tìm số nguyên tố thoả mãn các điều kiện cho trớc

là loại toán không khó trong các loại bài toán về số nguyên tố Qua loại toán này,giáo viên cần cố gắng trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất về sốnguyên tố Đặc biệt giúp học sinh nắm vững: Số 2 là số nguyên tố chẵn duy nhất vànhỏ nhất của tập số nguyên tố

Dựa vào cách viết số nguyên tố dạng a.x + b, (a,b) = 1 Rèn kỹ năng xét cáctrờng hợp có thể xảy ra, phơng pháp loại trừ các trờng hợp dẫn đến điều vô lý

Qua dạng toán này, giáo viên cần giúp học sinh rèn luyện t duy lôgic, t duysáng tạo, tính tích cực chủ động khi làm bài

Bài 5 :a/ Tìm giá trị nhỏ nhất của p để tích của p số tự nhiên đầu tiênbắt đầu

a/2p+1 là lập phơng của một số tự nhiên

Kết luận: Nếu p εP và 1 trong 2 số 8p + 1 và 8p – 1 εP thì số còn lạiphải là hợp số

Bµi tËp sè 2:

NÕu p 〈 5 vµ 2p + 1 lµ c¸c sè nguyªn tè th× 4p + 1 lµ nguyªn tè hay hîp sè

Gi¶i:

XÐt 3 sè tù nhiªn liªn tiÕp: 4p; 4p + 1; 4p + 2

Trong 3 sè ¾t cã mét sè lµ béi cña 3

Mµ p 〈 5, p εP nªn p cã d¹ng 3k + 1 hoÆc 3k + 2

+) NÕu p = 3k + 1 th× 4p = 4(3k + 1) <=> 3Q + 1 = p

vµ 4p + 2 = 4(3k + 1) + 2 <=> p = 3.Q : 3MÆt kh¸c: 4p + 2 = 2(2p +1) = 3Q nªn 3Q : 3

=> 2(2p + 1) : 3; (2;3) = 1 nªn (2p + 1) : 3 (tr¸i víi gi¶ thiÕt)

Bài tập số 4: (Tổng quát bài số 3)

Chứng minh rằng có thể tìm đợc 1 dãy số gồm n số tự nhiên liên tiếp (n〈1)không có số nào là số nguyên tố ?

bỏ các trờng hợp mâu thuẫn Bài tập số 3 là bài tập tổng quát về sự phân bố sốnguyên tố trong N Qua đó giáo viên cho học sinh thấy đợc sự phân bố số nguyên tố

“càng về sau càng rời rạc” Từ bài toán này có thể phát triển thành bài toán khácgiúp học sinh rèn luyện kỹ xảo chứng minh

Bài tập đề nghị:

Bài 1 : Tìm hai số tự nhiên liên tiếp đồng thời là số nguyên tố

Bài 2 : Nếu p và 8p2+1 là các số nguyên tố thì 8p2-1 và 8p2+2p+1 là các số nguyên tố hay hợp số

Bài 3 : Hai số 2n+1 và 2n-1 (n>2)có thể đồng thời là số nguyên tố hay đồngthời là hợp số đợc không?

Bài 4 : Cho m và m2 + 2 là hai số nguyên tố Chứng minh rằng m3 +2 cũng là

số nguyên tố

Bài 5 : Tìm các số tự nhiên n để n1988 + n 1987 +1 là số nguyên tố

Dạng 5

Các bài toán Liên quan đến số nguyên tố

Bài tập số 1:

Tìm 3 số nguyên tố sao cho tích của chúng gấp 5 lần tổng của chúng

Giải:

Gọi 3 số nguyên tố phải tìm là; a, b, c ta có:

a.b.c = 5(a+b+c) => abc:5

Vậy bộ số (a,b,c) cần tìm là (2.5.7)

Bài tập số 2:

Tìm p, q εP sao cho p2 = 8q + 1