Evaluarea Națională

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 aa divide pe bb (notăm aba\mid b) dacă există un număr natural kk astfel încât b=akb=a\cdot k, unde a0a\neq0.

1. Reflexivitatea: aaa\mid a, pentru orice aNa\in\mathbb{N}^*, deoarece a=a1a=a\cdot1. Exemplu: 777\mid7.

2. Tranzitivitatea: dacă aba\mid b și bcb\mid c, atunci aca\mid c. Justificare: din b=ak1b=a\cdot k_1 și c=bk2c=b\cdot k_2 obținem c=a(k1k2)c=a\cdot(k_1k_2), iar k1k2k_1k_2 este număr natural, deci aca\mid c. Exemplu: 363\mid6 și 6246\mid24, deci 3243\mid24 (într-adevăr, 24=3824=3\cdot8).

3. Divizibilitatea sumei și a diferenței: dacă aba\mid b și aca\mid c, atunci a(b+c)a\mid(b+c), iar dacă în plus bcb\ge c, atunci a(bc)a\mid(b-c). Justificare: b+c=ak1+ak2=a(k1+k2)b+c=a\cdot k_1+a\cdot k_2=a\cdot(k_1+k_2). Exemplu: 5205\mid20 și 5155\mid15, deci 5355\mid35 (adică 5(20+15)5\mid(20+15)) și 555\mid5 (adică 5(2015)5\mid(20-15)). Atenție: reciproca nu este adevărată în general — din a(b+c)a\mid(b+c) nu rezultă că aba\mid b sau aca\mid c (de exemplu 5(3+7)5\mid(3+7), dar 535\nmid3 și 575\nmid7).

4. Divizibilitatea produsului: dacă aba\mid b, atunci a(bc)a\mid(b\cdot c), pentru orice cNc\in\mathbb{N}. Justificare: b=akbc=a(kc)b=a\cdot k\Rightarrow b\cdot c=a\cdot(k\cdot c). Exemplu: 4124\mid12, deci 4(125)=604\mid(12\cdot5)=60.

5. Proprietatea lui Gauss: dacă a(bc)a\mid(b\cdot c) și aa, bb sunt prime între ele (adică cmmdc(a,b)=1cmmdc(a,b)=1), atunci aca\mid c. Exemplu: 11(7n)11\mid(7\cdot n) și cmmdc(11,7)=1cmmdc(11,7)=1, deci 11n11\mid n. Condiția cmmdc(a,b)=1cmmdc(a,b)=1 este esențială: 6(49)=366\mid(4\cdot9)=36, dar cmmdc(6,4)=21cmmdc(6,4)=2\neq1, și, într-adevăr, 696\nmid9.

6. Majorarea: dacă aba\mid b și b0b\neq0, atunci aba\le b, pentru că b=akb=a\cdot k cu k1k\ge1 număr natural, deci bab\ge a. Exemplu: 8248\mid24 și 8248\le24.

Aceste proprietăți se folosesc de obicei împreună, nu izolat: la o problemă de tipul „arată că numărul AA este divizibil cu nn”, se caută adesea o scriere a lui AA ca sumă sau ca produs în care fiecare termen conține factorul nn, aplicând proprietățile de la punctele 33 și 44.

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 2,5,10n,3,92,5,10^n,3,9 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: aa, aNa\mid a,\ \forall a\in\mathbb{N}^*

  • Tranzitivitate: ab și bcaca\mid b \text{ și } b\mid c \Rightarrow a\mid c

  • Divizibilitatea sumei/diferenței: ab și aca(b±c)a\mid b \text{ și } a\mid c \Rightarrow a\mid(b\pm c)

  • Divizibilitatea produsului: aba(bc), cNa\mid b \Rightarrow a\mid(b\cdot c),\ \forall c\in\mathbb{N}

  • Proprietatea lui Gauss: a(bc) și cmmdc(a,b)=1aca\mid(b\cdot c) \text{ și } cmmdc(a,b)=1 \Rightarrow a\mid c

  • Majorare: ab și b0aba\mid b \text{ și } b\neq0 \Rightarrow a\le b

Exemple rezolvate

Exemplul 1

Arătați că numărul A=42025+42026+42027A=4^{2025}+4^{2026}+4^{2027} este divizibil cu 2121.

Dăm factor comun pe cel mai mic termen, 420254^{2025}:

A=42025(1+4+42)=42025(1+4+16)=4202521A=4^{2025}\cdot(1+4+4^2)=4^{2025}\cdot(1+4+16)=4^{2025}\cdot21.

Am scris deci A=2142025A=21\cdot4^{2025}, unde 420254^{2025} este număr natural, deci, conform definiției divizibilității, 21A21\mid A. ✓

Exemplul 2

Verificați, pe un exemplu numeric, proprietatea „dacă aba\mid b și aca\mid c, atunci a(b+c)a\mid(b+c)”, apoi arătați printr-un contraexemplu că reciproca nu este, în general, adevărată.

Verificare directă: fie a=5a=5, b=20b=20, c=15c=15. Avem 5205\mid20 (deoarece 20=5420=5\cdot4) și 5155\mid15 (deoarece 15=5315=5\cdot3). Suma este b+c=35=57b+c=35=5\cdot7, deci 5355\mid35. Proprietatea este confirmată.

Contraexemplu pentru reciprocă: fie a=5a=5, b=3b=3, c=7c=7. Avem b+c=10b+c=10 și 5105\mid10, dar 535\nmid3 și 575\nmid7. Așadar, din a(b+c)a\mid(b+c) nu rezultă neapărat că aba\mid b sau aca\mid c.

Exemplul 3

Folosind proprietatea lui Gauss, arătați că, pentru orice număr natural nn, dacă 117n11\mid7n, atunci 11n11\mid n.

Numerele 1111 și 77 sunt ambele prime (și distincte), deci nu au niciun factor prim comun, adică cmmdc(11,7)=1cmmdc(11,7)=1 — sunt prime între ele.

Avem 11(7n)11\mid(7\cdot n) prin ipoteză și cmmdc(11,7)=1cmmdc(11,7)=1. Conform proprietății lui Gauss (abca\mid bc și cmmdc(a,b)=1accmmdc(a,b)=1\Rightarrow a\mid c, cu a=11a=11, b=7b=7, c=nc=n), rezultă 11n11\mid n. ✓

Verificare pe un caz particular: dacă n=22n=22, atunci 7n=154=11147n=154=11\cdot14, deci 1115411\mid154; într-adevăr 112211\mid22 (22=11222=11\cdot2).

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

  • aaa\mid a, pentru orice aNa\in\mathbb{N}^* (reflexivitate).
  • aba\mid b și bcacb\mid c\Rightarrow a\mid c (tranzitivitate).
  • aba\mid b și aca(b±c)a\mid c\Rightarrow a\mid(b\pm c), cu condiția bcb\ge c la diferență.
  • aba(bc)a\mid b\Rightarrow a\mid(bc), pentru orice cc natural (divizibilitatea produsului).
  • a(bc)a\mid(bc) și cmmdc(a,b)=1accmmdc(a,b)=1\Rightarrow a\mid c (proprietatea lui Gauss).
  • aba\mid b și b0abb\neq0\Rightarrow a\le b.

Exersează această lecție →

Grile și probleme cu feedback imediat pe barem.