问题

为什么各个位数之和是3的倍数的数能被三整除?其他的数为什么不行?

回答
这背后的道理,其实跟我们的计数系统有关,尤其是“位值制”这个概念。我们现在用的十进制,每个数字都有自己的“位置”代表的意义。比如,数字“123”,里面的“1”其实代表的是“1个百”,“2”代表的是“2个十”,“3”代表的是“3个一”。

要理解为什么各位数之和是3的倍数的数能被3整除,咱们得先想想一个数字是怎么组成的。一个数,比如 N,我们可以把它写成各个数位上的数字乘以它对应位值的乘积之和。

举个例子,就拿“123”来说:
123 = 1 × 100 + 2 × 10 + 3 × 1

这里的 100、10、1,都是10的某种幂。

关键点来了:任何一个10的幂,减去1,都可以被3整除。

我们来验证一下:
10 1 = 9 (能被3整除)
100 1 = 99 (能被3整除)
1000 1 = 999 (能被3整除)

这是为什么呢?你仔细想想,9、99、999,都是由一串“9”组成的。而一个由n个“9”组成的数,可以写成 9 × (11...1)(n个1),当然能被3整除了。

所以,我们可以把任何一个数字 N,写成这样的形式:

N = a 10^m + b 10^(m1) + ... + c 10^1 + d 10^0

其中 a, b, c, d 是各位上的数字。

现在,我们来看看 N 除以 3 的余数。因为 10^k 1 都能被 3 整除,所以我们可以把 N 的每一项都“变形”一下:

a 10^m = a (10^m 1 + 1) = a (10^m 1) + a
b 10^(m1) = b (10^(m1) 1 + 1) = b (10^(m1) 1) + b
...
c 10^1 = c (10^1 1 + 1) = c (10^1 1) + c
d 10^0 = d 1 (因为 10^0 = 1)

把这些“变形”后的式子代回 N 的表达式:

N = [a (10^m 1) + a] + [b (10^(m1) 1) + b] + ... + [c (10^1 1) + c] + d

重新组合一下,把那些能被 3 整除的项(10^k 1 乘以一个数)放在一起:

N = [a (10^m 1) + b (10^(m1) 1) + ... + c (10^1 1)] + (a + b + ... + c + d)

观察一下,第一部分的方括号里的每一项,都可以被 3 整除,因为 (10^k 1) 都能被 3 整除。所以,整个方括号里的部分,加起来肯定也能被 3 整除。

那么,N 除以 3 的余数,就完全取决于第二部分了,也就是 各位数字之和 (a + b + ... + c + d) 除以 3 的余数。

所以,如果各位数字之和 (a + b + ... + c + d) 是 3 的倍数,那么 N 除以 3 的余数就是 0,也就是说 N 能被 3 整除。

那为什么其他数不行呢?

很简单,如果各位数字之和不是 3 的倍数,那么它除以 3 会有一个余数(比如余 1 或余 2)。而我们前面说了,N 的所有其他部分(各位数乘以(10的幂1)的部分)都能被 3 整除。那么,N 除以 3 的余数,就正好等于各位数字之和除以 3 的那个余数。

举个例子:数字 124
各位数之和:1 + 2 + 4 = 7
7 除以 3 余 1。
按照我们的理论,124 除以 3 也应该余 1。
我们算一下:124 ÷ 3 = 41 余 1。 确实如此。

再比如数字 257
各位数之和:2 + 5 + 7 = 14
14 除以 3 余 2。
按照理论,257 除以 3 也应该余 2。
我们算一下:257 ÷ 3 = 85 余 2。 也是对的。

总结一下:

我们之所以能这么方便地判断一个数能不能被 3 整除,是因为我们用的十进制计数系统。在十进制里,除了个位(10^0),其他的每一位(10^1, 10^2, 10^3...)都比它的“前一位”大 9 的倍数。而我们知道,9 本身就能被 3 整除。

你可以这样理解:每个数字进位的时候,都会“携带”一个相当于“9”的价值。比如,10 里的那个“1”,其实可以看成是 9 加上 1。这个“9”是可以被 3 整除的,所以它对 3 的整除性没有影响。剩下的那个“1”才真正影响它除以 3 的余数。

把这个思路推广到所有位数,一个数的各位数字之和,就相当于把所有这些“9”去掉后,剩下的一些“1”加起来。这个“剩下”的部分,就是各位数字之和。所以,各位数字之和是否是 3 的倍数,就直接决定了这个数能不能被 3 整除。

当然,这个原理也适用于能被 9 整除的数,因为 10^k 1 同样能被 9 整除。也就是说,各位数之和是 9 的倍数的数,也能被 9 整除。

网友意见

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设3位数x=a*100+b*10+c

x/3=33*a+3*b+(a+b+c)/3

所以x能否整除3,取决于(a+b+c)能否整除3 。

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