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求解一道数列应用题m个盒子有若干个球,每次在其中n(n<m)个盒子中各加一个球.求证:无论开始盒子中球如何分布,总可按上

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:数学作业 时间:2024/04/28 15:44:33
求解一道数列应用题
m个盒子有若干个球,每次在其中n(n<m)个盒子中各加一个球.求证:无论开始盒子中球如何分布,总可按上述方法进行有限次加球后使得各盒中球数相等的充要条件是m,n互素
充分性:若(m,n)=1,则由裴蜀定理,存在正整数x,y使得xn-ym=1,即xn=ym+1.
将m个盒子排成一圈,从某个盒子A开始,(按固定方向)顺次进行x次操作,则由上述等式可知,操作的结果是使A盒子中增加了y+1个球,而其它盒子中都增加了y个球,即A盒子比其余的盒子多增加了1个球.因此,如果选A盒子为球数最少的盒子,则通过上述方法有限次后可使所有盒子中球数相等.
必要性:反证法.
仍设有m个盒子(m>n),开始时共有a个球(a是一个待定的正整数),设经过k次操作使得m个盒子的球数都相等,设此时每个盒子各有p个球.由于一次操作使球的总数增加n,故有 kn+a=mp.
由此可见,m与n的最大公约数必须整除a.因此,当m,n不互素时,若取a=1,则上面的等式不可能成立,即不能通过有限次操作使每个盒子中的球数相等,矛盾.
因此假设不成立,从而必有(m,n)=1.