Proprietățile divizibilității în ℕ
Proprietățile divizibilității numerelor naturale rezultă direct din definiție și sunt instrumente esențiale pentru problemele de tipul „arată că” de la Subiectul I și Subiectul III. Reamintim definiția: spunem că divide pe (notăm ) dacă există un număr natural astfel încât , unde .
1. Reflexivitatea: , pentru orice , deoarece . Exemplu: .
2. Tranzitivitatea: dacă și , atunci . Justificare: din și obținem , iar este număr natural, deci . Exemplu: și , deci (într-adevăr, ).
3. Divizibilitatea sumei și a diferenței: dacă și , atunci , iar dacă în plus , atunci . Justificare: . Exemplu: și , deci (adică ) și (adică ). Atenție: reciproca nu este adevărată în general — din nu rezultă că sau (de exemplu , dar și ).
4. Divizibilitatea produsului: dacă , atunci , pentru orice . Justificare: . Exemplu: , deci .
5. Proprietatea lui Gauss: dacă și , sunt prime între ele (adică ), atunci . Exemplu: și , deci . Condiția este esențială: , dar , și, într-adevăr, .
6. Majorarea: dacă și , atunci , pentru că cu număr natural, deci . Exemplu: și .
Aceste proprietăți se folosesc de obicei împreună, nu izolat: la o problemă de tipul „arată că numărul este divizibil cu ”, se caută adesea o scriere a lui ca sumă sau ca produs în care fiecare termen conține factorul , aplicând proprietățile de la punctele și .
Aceste șase proprietăți nu se redemonstrează la fiecare exercițiu — ele se citează direct, ca reguli cunoscute, la fel cum se folosesc direct criteriile de divizibilitate cu studiate anterior. Important de reținut este și faptul că orice proprietate cu ipoteze (de exemplu proprietatea lui Gauss) își pierde valabilitatea dacă una dintre ipoteze nu este îndeplinită; de aceea, la rezolvarea unei probleme, se verifică întotdeauna, explicit, condițiile înainte de a aplica proprietatea.
Formule
Reflexivitate:
Tranzitivitate:
Divizibilitatea sumei/diferenței:
Divizibilitatea produsului:
Proprietatea lui Gauss:
Majorare:
Exemple rezolvate
Exemplul 1
Arătați că numărul este divizibil cu .
Dăm factor comun pe cel mai mic termen, :
.
Am scris deci , unde este număr natural, deci, conform definiției divizibilității, . ✓
Exemplul 2
Verificați, pe un exemplu numeric, proprietatea „dacă și , atunci ”, apoi arătați printr-un contraexemplu că reciproca nu este, în general, adevărată.
Verificare directă: fie , , . Avem (deoarece ) și (deoarece ). Suma este , deci . Proprietatea este confirmată.
Contraexemplu pentru reciprocă: fie , , . Avem și , dar și . Așadar, din nu rezultă neapărat că sau .
Exemplul 3
Folosind proprietatea lui Gauss, arătați că, pentru orice număr natural , dacă , atunci .
Numerele și sunt ambele prime (și distincte), deci nu au niciun factor prim comun, adică — sunt prime între ele.
Avem prin ipoteză și . Conform proprietății lui Gauss ( și , cu , , ), rezultă . ✓
Verificare pe un caz particular: dacă , atunci , deci ; într-adevăr ().
Greșeli frecvente
- Se crede că din $a\mid(b+c)$ rezultă $a\mid b$ sau $a\mid c$ — fals în general (contraexemplu: $5\mid(3+7)$, dar $5\nmid3$ și $5\nmid7$); implicația corectă funcționează doar în sensul direct (dacă $a\mid b$ și $a\mid c$, atunci $a\mid(b+c)$), nu și invers.
- Se aplică proprietatea lui Gauss ($a\mid bc$ și $cmmdc(a,b)=1\Rightarrow a\mid c$) fără a verifica ipoteza $cmmdc(a,b)=1$; dacă $a$ și $b$ nu sunt prime între ele, concluzia poate fi falsă (de exemplu $6\mid(4\cdot9)=36$, dar $6\nmid9$, deoarece $cmmdc(6,4)=2\neq1$).
- Se confundă $a\mid b$ cu $b\mid a$; relația de divizibilitate nu este simetrică — forma corectă: din $3\mid12$ nu rezultă $12\mid3$ (dimpotrivă, $12\nmid3$).
- Se scrie $a\mid(b-c)$ fără a verifica $b\ge c$; în $\mathbb{N}$, scăderea $b-c$ nu este definită dacă $b<c$, așadar proprietatea diferenței se aplică doar când $b\ge c$.
- Se uită că $0$ este divizibil cu orice număr natural nenul (deoarece $0=a\cdot0$, deci $a\mid0$ pentru orice $a\neq0$), dar, invers, $0$ nu divide niciun număr nenul.
Pe scurt
- , pentru orice (reflexivitate).
- și (tranzitivitate).
- și , cu condiția la diferență.
- , pentru orice natural (divizibilitatea produsului).
- și (proprietatea lui Gauss).
- și .
Exersează această lecție →
Grile și probleme cu feedback imediat pe barem.