问题

为什么任何整数除以2或5都能除尽,而不一定能被其他质数除尽?

回答
这个问题触及了数的根本属性——数制和整除性。要说清楚,咱们得从头聊聊。

1. 咱们用的是什么进制?为什么是十进制?

你注意到“2”和“5”这两个数了,是不是?而且它们的乘积是“10”。这可不是巧合。咱们平时数数、记数,用的都是十进制。

十进制的意思是,咱们用“0”到“9”这十个数字来表示一切数。每一位数的权值都是10的幂。比如,数字123,表示的就是:

1 × 10² + 2 × 10¹ + 3 × 10⁰ = 100 + 20 + 3 = 123

想想看,咱们为什么会用十个手指头?大多数文明都选择了基于十个手指头的计数系统,这是一种非常自然而然的选择。

2. 整除性是怎么回事?

一个数能被另一个数“除尽”,说白了就是用后者去分割前者,剩下的部分是零。在数学里,我们叫它整除。如果整数 $a$ 除以整数 $b$ 的结果是整数 $c$(即 $a = b imes c$),那么我们就说 $a$ 能被 $b$ 整除,记作 $b | a$。

3. 为什么2和5这么特别?根源在于10的“因子”

回到咱们的十进制。我们前面说了,十进制的基础是10。而10分解开来,它的质因数就是2和5。

$10 = 2 imes 5$

这意味着什么?任何一个能被10整除的数,它一定能被2整除,也一定能被5整除。反过来也一样,如果一个数能同时被2和5整除,那么它就能被它们的乘积10整除。

举个例子:120。

$120 = 12 imes 10 = 12 imes (2 imes 5)$

所以,120 = 240 × 2,也能被2整除。
120 = 24 × 5,也能被5整除。

但关键在于,任何整数都可以写成以10的幂为权重的组合。

咱们再看一个任意的整数,比如 345。
$345 = 3 imes 100 + 4 imes 10 + 5$

注意到最后一位数字是什么了吗?是5。
$345 = 34 imes 10 + 5$

无论这个数多大,它的最后一位数字要么是0,要么是1,要么是2……一直到9。

如果一个整数的最后一位是偶数(0, 2, 4, 6, 8),那么这个数就能被2整除。为什么?因为这个数可以写成:

比如 246 = 240 + 6 = 24 × 10 + 6 = 24 × (2 × 5) + (2 × 3) = 2 × (12 × 5 + 3)

更简单地说,一个数如果能被10整除,它的最后一位一定是0。而任何一个以0结尾的数,比如 X0,都可以写成 X × 10。所以 X0 = X × 2 × 5。

如果一个整数的最后一位是0或5,那么这个数就能被5整除。为什么?
如果最后一位是0,比如 Y0,就可以写成 Y × 10 = Y × 2 × 5。
如果最后一位是5,比如 Z5,就可以写成 Z × 10 + 5 = Z × (2 × 5) + 5 = 5 × (Z × 2 + 1)。

所以,任何整数之所以“一定”能被2或5整除,其实是我们基于十进制的观察结果。只要一个数的最后一位是偶数,它就能被2整除;只要一个数的最后一位是0或5,它就能被5整除。这两个规则正好覆盖了“能被10整除”和“能被10的因子整除”的情况。

4. 为什么不是其他质数?

其他质数,比如3、7、11等等,它们不是10的质因数。

以3为例。咱们看数字的“数字和”。比如 123,它的数字和是 1+2+3=6。因为6能被3整除,所以123也能被3整除。这是因为在十进制下,10除以3余1($10 equiv 1 pmod{3}$),100除以3余1($100 equiv 1^2 equiv 1 pmod{3}$),以此类推,所有10的幂除以3都余1。

$a_n10^n + a_{n1}10^{n1} + dots + a_110^1 + a_010^0$

除以3后,相当于:
$a_n(1) + a_{n1}(1) + dots + a_1(1) + a_0(1) = a_n + a_{n1} + dots + a_1 + a_0$ (数字和)

也就是说,一个数能否被3整除,取决于它的数字和能否被3整除。这不像被2或5那样,直接看个位数就能判断。

再比如7。7也不是10的质因数。10除以7余3,$10 equiv 3 pmod{7}$。100除以7余2,$100 equiv 10 imes 10 equiv 3 imes 3 equiv 9 equiv 2 pmod{7}$。
这种余数变化就很复杂,所以我们没有一个简单的个位数规则来判断一个数是否能被7整除。

换句话说,我们之所以觉得“任何整数都能被2或5整除”,是因为我们太习惯用十进制了。当我们用一个进制时,那个进制的基数(比如十进制的10)的质因数,自然会显得“好用”一些。

如果你换一个进制,比如二进制(基数是2),那么所有能被2整除的数(也就是以0结尾的数)都能被“它那个进制的基数”整除。在二进制里,它最“特殊”的因子就是2本身。

如果你换成十二进制(基数是12),那么12的质因数有2, 3, 4, 6。那么在十二进制下,所有能被2、3、4、6整除的数就会显得比较“方便”。

总结一下:

我们用的是十进制,10的质因数是2和5。
一个数能被2整除,取决于它的个位数是偶数(0, 2, 4, 6, 8)。
一个数能被5整除,取决于它的个位数是0或5。
这两个规则之所以显得“任何整数”都能满足,是因为十进制的各位数字的权值都是10的幂,而10本身就包含了2和5这两个因子。
其他质数(如3, 7, 11)不是10的质因数,所以它们与十进制的联系不像2和5那样直接,没有简单的个位数判断规则。

所以,这不是说“所有整数都可以被2或5整除”,而是说“在十进制计数下,任何整数的个位数决定了它能否被2或5整除”。这是一种基于数制的观察,而不是所有整数共有的内在属性(除了它们本身可以被它们自己整除这种普遍规律)。

之所以会产生这种“任何整数”都能被2或5除尽的错觉,完全是我们习惯了用十进制来观察和处理数字。这个“除尽”的属性,其实是数字的“位值”和10的因子共同作用的结果。

网友意见

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很简单啊,假设有两个整数a和b, 是有限小数,其中小数位数为 。

则有 是整数。

又有, 是整数。

所以有, 可以被 整除。


最后,初中数学告诉我们,如果 可以被 整除,意味着 的所有质因数都是 的质因数。

又因为 可以为任何整数, 只能给 添加 个2和 个5的质因数。所以只有在 的质因数只包含2和5的时候可以成立下下述规律

对于任意整数 而言, 都可以被 整除,仅当 只包含2和5的质因子。

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