奥数的定律涵盖多个领域,不同年级和主题包含不同内容。以下是综合整理的核心定律及应用说明:
一、数论领域
费马小定理 若 $(a, n) = 1$ 且 $n$ 为质数,则 $a^{n-1} equiv 1 pmod{n}$。例如,$3^4 equiv 1 pmod{5}$。
同余定理
若 $a equiv b pmod{m}$ 且 $a equiv b pmod{n}$,则 $a equiv b pmod{text{lcm}(m, n)}$(最小公倍数)。
中国剩余定理
用于求解一组同余方程,例如:
$$
begin{cases}
x equiv 2 pmod{3}
x equiv 3 pmod{5}
x equiv 2 pmod{7}
end{cases}
$$
可唯一确定解 $x equiv 23 pmod{105}$。
二、几何与组合领域
倒三角定律(三角形数规律)
在等边三角形中,从顶点开始每行数字个数递减,例如第 $n$ 行有 $n$ 个数字。此规律可推广到数列、排列组合问题。
鸽巢原理(抽屉原理)
若 $n+1$ 个物体放入 $n$ 个盒子,则至少有一个盒子包含两个或更多物体。
三、代数与函数领域
整数部分与小数部分函数
- $lfloor x rfloor$ 表示不超过 $x$ 的最大整数(如 $lfloor 3.14 rfloor = 3$);
- ${x} = x - lfloor x rfloor$ 表示小数部分(如 ${3.14} = 0.14$);
- 性质包括:$lfloor x + y rfloor = lfloor x rfloor + lfloor y rfloor$(当 $x, y$ 为整数时)。
周期性函数
例如 $lfloor x rfloor$ 是以 1 为周期的函数,${x}$ 也是以 1 为周期的函数。
四、其他重要概念
裴蜀定理: 对于整数 $a, b$,存在整数 $x, y$ 使得 $ax + by = text{gcd}(a, b)$。 贝祖定理
应用示例
费马小定理应用:判断 $17^{2023} pmod{19}$
由于 $text{gcd}(17, 19) = 1$,根据费马小定理,$17^{18} equiv 1 pmod{19}$,则 $17^{2023} equiv 17^5 equiv 14 pmod{19}$。
倒三角定律应用:求 $1 + 2 + 3 + cdots + 100$
通过倒三角排列规律,可快速计算出总和为 $frac{100 times 101}{2} = 5050$。
以上内容为奥数中常见的重要定律及性质,具体应用需结合题目类型灵活运用。