数论与整数方法 · S班

取整与余数区间

先分清完整组与余量,再用端点和进位判断取整。

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01

29 个物品,每组 7 个:到底是 4 组还是 5 组?

物品不可拆分,每组最多装 7 个。问“最多装满几组”和“全部装下至少几组”,取整方向相反。继续看余数如何决定两个商相加时是否进位。

第1步 / 共4步:先分组

77771

29 = 7×4+1。前四组各有7个,最后剩1个。

当前演示:29 个物品,每组最多 7 个

4 / 5

满组数与总组数

最多装满4组;全部装下至少5组。这里的5包括最后一个未满的组。

每格标出真实数量;格子的宽度不代表数量。第二模式用七等份条表示余量,不能将两种图形的宽度作比较。

02

学习准备

目标

  • 按问题含义选择向下取整或向上取整。
  • 把取整等式写成有端点的区间,再与其他条件求交集。
  • 用小数部分或同除数余数判断相加是否进位。

前置与范围

需要带余除法、分数加法和不等式。只讨论非负数,除数为正;物品数量另要求为整数。S班为项目教学深度编排,不代表当地官方分班课纲。本页不讨论负数取整,不以估界替代精确区间。

03

从定义到余数判定

上下取整,是两种不同约束

对非负实数 x,向下取整(floor)⌊x⌋是不超过 x 的最大整数,向上取整(ceiling)⌈x⌉是不小于 x 的最小整数。例如 ⌊29/7⌋=4,⌈29/7⌉=5;⌊4⌋=⌈4⌉=4。这不是四舍五入。

⌊x⌋=k ⇔ k≤x<k+1;⌈x⌉=k ⇔ k−1<x≤k。

k 是非负整数。x 仍需满足 x≥0;所以 ⌈x⌉=0 的区间还要与非负范围相交,只剩 x=0。左边用“≤”还是“<”,由定义决定,不能凭习惯写。

为什么“有剩余才多一组”?

非负整数 n、正整数 d,带余除法唯一给出 n=dq+r,q 是非负整数,余数满足 0≤r<d。除以 d 得 n/d=q+r/d,其中 0≤r/d<1。因此 ⌊n/d⌋=q;r=0 时 ⌈n/d⌉=q,r>0 时 ⌈n/d⌉=q+1。

整数 n≥0、d≥1 时:⌈n/d⌉=⌊(n+d−1)/d⌋。

证明:r=0 时,(n+d−1)/d=q+(d−1)/d,下取整是q;1≤r≤d−1 时,r+d−1介于d与2d−2之间,下取整多1。该简便式依赖 n、d 都是整数,不能任意用于实数。

小数部分决定相加后是否进位

写 x=m+α、y=n+β,其中 m=⌊x⌋、n=⌊y⌋,0≤α<1,0≤β<1;α、β叫作小数部分(fractional part)。两者的和在0到2之间但不含2,所以:

⌊x+y⌋=⌊x⌋+⌊y⌋+δ,其中 α+β<1 时 δ=0,α+β≥1 时 δ=1。

若 a=dq+r、b=dp+s,且同一正整数 d 下 0≤r,s<d,就有 α=r/d、β=s/d。因此r+s<d 不进位,r+s≥d 进一位。恰好等于 d 已形成一个完整组,应归入进位;因为 r+s<2d,不会一次进两位。不同除数时,不能直接相加原余数,要先化成同一单位的小数部分。

04

两道完整例题

例题一|装车与反求范围

每辆车最多装24箱,每箱不可拆分。①137箱全部运走至少要几辆车?能装满几辆?②某批货有非负整数 n 箱,按每车24箱至少需要6辆,且每10箱分一组恰能分出13个满组。求所有 n。

  1. 137=24×5+17。全部运走至少⌈137/24⌉=6辆,其中5辆满车;最多能装满⌊137/24⌋=5辆。5辆容量120不足,6辆容量144够用。
  2. “至少需要6辆”是⌈n/24⌉=6,即5<n/24≤6,故120<n≤144;n为整数,范围121至144。
  3. “13个满组”是⌊n/10⌋=13,即130≤n<140;整数范围130至139。
  4. 取两个范围交集,得n=130、131、…、139,共10种。两端回代:130和139除以24都大于5且不超过6,除以10的下取整都是13。

“至少需要6辆”表示6辆足够且5辆不够;如果题目仅说“用了6辆”,可能存在空车,不能直接写上取整等于6。

例题二|取整之和,什么时候多一?

正整数 a、b 满足 ⌊a/7⌋=3、⌊b/7⌋=5。求 ⌊(a+b)/7⌋ 的所有可能值;其中等于9的有序数对 (a,b) 共多少组?

  1. 写 a=21+r、b=35+s,r,s为0至6的整数。于是 a+b=56+r+s。
  2. 余数和介于0与12。若r+s<7,总商为8;若r+s≥7,总商为9。故可能值为8或9。例如a=25、b=37时余数4+2=6,总商8;a=25、b=38时余数4+3=7,总商9。
  3. 计数时依次固定r:r=0没有合法s;r=1时s=6,有1个;r=2时s=5、6,有2个;依此到r=6时s=1至6,有6个。
  4. 有序对总数为1+2+3+4+5+6=21组。每个余数对对应唯一的(a,b),不再乘2或除2。

反向代入:r=6、s=6时(a,b)=(27,41),和68,68=7×9+5,仍只进一位。分别取整始终相加为8,直接据此认定总商也是8就漏掉这21组。

05

迁移练习

例题与练习均为本页自拟。先写变量范围,再检查等号应落在哪一端。

练习一|最后一个箱子算不算?

96个杯子装箱,每箱最多15个,杯子不可拆分。全部装下至少需几箱,能装满几箱?若已知至少需7箱,杯子数 n 为整数,有哪些可能值?

查看完整解析

96=15×6+6,因此至少需7箱,能装满6箱。至少需7箱是⌈n/15⌉=7,所以6<n/15≤7,得到90<n≤105。整数 n 为91至105,共15种。90只需6箱,应排除;105正好7箱,应包含。

练习二|不进位的余数对

a、b为非负整数,⌊a/10⌋=2、⌊b/10⌋=4。求满足 ⌊(a+b)/10⌋=6 的有序数对(a,b)有多少组;总商为7又有多少组?

查看完整解析

a=20+r、b=40+s,r,s均为0至9。总商6等价于r+s<10,即r+s≤9。固定r为0、1、…、9时,s分别有10、9、…、1种,因此不进位有10×11÷2=55组。

全部有序对10×10=100组,余下45组进位,总商为7。r+s=10恰好进位,不能算入55组。最高r+s=18小于20,不可能商为8。

06

反例、边界与回顾

先检查题目含义,再使用取整式
错误想法反例与修正
上取整总比下取整多1x=4时两者均为4;只在x不是整数时相差1。
⌊x+y⌋=⌊x⌋+⌊y⌋x=y=3/5时左边1,右边0;小数部分和达到1会进位。
余数和等于除数也不进位4+3=7已是一整组;临界值归入进位。
“用了6辆”就是上取整为6车辆可能未装满甚至空置;要有“至少需要”的最小性条件。
不同除数的余数直接相加4/7与2/5的余量单位不同,必须先比较4/7+2/5与1。
零件数为0还要一箱纯容量模型无额外启用约束时⌈0/d⌉=0,不会自动多一箱。

解题顺序:确定变量是否为整数 → 区分最多满组与至少容器 → 按定义写开闭区间 → 求交集并回代端点 → 相加时检查余量是否够一整组。

07

逐章回看

文字稿默认展开;点击各章标题可定位到视频对应讲解。

二十九个物品,每七个分成一组。先取四个完整组,剩下一个。

如果问最多装满几组,答案是四。如果问全部装下至少几组,剩下的一个也需要一组,所以是五。

反过来,下取整等于四,表示四到五之间,包含四,不包含五。乘七得到,数量从二十八到三十四。

上取整等于四,则数量大于二十一,且不超过二十八。整除的端点必须分清。

两数先各取整数部分。剩下的小数部分连接起来,不满一,整数和不变;达到一,就向整数部分进一。

同除以七时,余数四加二等于六,不进位。把二换成三,余数和达到七,就多出一个完整组。

因此先分别取整再相加,不一定等于先相加再取整。判断的关键,是余数之和有没有达到除数。

上取整也不能一律比下取整多一。余数为零时,两者相等。写区间、看端点、查余数,才能避免多算或漏算。