内容正文:
第6讲
新定义运算
情境课堂
麦森(1588-1648),法国业余数学家.他是一位神父,但酷爱数学,常常
在业余时间研究数学.他研究了形如M。=2一1(p是质数)的数,称之为麦
森数,其中的质数即为麦森质数.尽管早在2000多年前欧几里得就已证明
质数有无穷多个,但到目前人们所认识到的最大质数的位数不过是六万多⑧
位,而它恰好是麦森质数.单摆式时钟正是惠更斯根据麦森建议而发明的.
皆为质数
麦森
麦森常将他的许多游戏问题与质(素)数联系到一起
一次他与一位来访的朋友闲聊之余用游戏消磨时间.
把1~20这20个数写在一个圆周上,有没有一种写法使得其中任何相邻两数之和皆为
质数?
整整花了一下午的时间,两人终于给出了下面的填法(如图所示)
3211
19
12
17
20
91013165
还有别的填法吗?请你找找看,更一般的情形结论又是怎样的?
问题:能否将0和1一9这10个数字分别写在圆周上,使任何相邻两数之差(大数减小数)
均为3或4或5?若将数换成1~14,情况又如何?
典例剖析
类型1定义一种新数>
例1」对正整数n,记n!=1×2×3×…×n,则1!十2!十…+10!的末尾数为(
A.0
B.1
C.3
D.5
【学找切入点】根据n!=1×2×3×…×n,得到1!=1,2!=1×2=2,3!=1×2×3=6,
4!=1×2×3×4=24,且5!,6!,7!,8!,9!,10!的表达式中都含有2与5的积,则5!,6!,7!,8!,
9!,10!的末尾数都是0,于是可得到1!十2!十3!+…十10!的末尾数.
《38
第6讲新定义运算
变式1-1一个三位自然数是S,将它任意两个数位的数字对调后得到一个首位不为0的
新三位自然数S(S可以与S相同),设S=xy,在S所有的可能情况中,当x十3y一最大时,
我们称此时的S是S的“梦想数”,并规定P(S)=x2+3y一2.例如127按上述方法可得到新数
有:217,172,721,因为|2+3-7=2,1+21-2=20,|7+6-1|=12,2<12<20,所以172是
127的“梦想数”,此时,P(127)=12+3×72一22=144.
(1)求512的“梦想数”及P(512)的值.
(2)设三位自然数S=1ab交换其个位与十位上的数字得到新数S',若29S+7S=4887,且
P(S)能被7整除,求S的值,
类型2定义一种新运算
例2(2021,凉山州中考)阅读以下材料:
苏格兰数学家纳皮尔(1550一1617)是对数的创始人.他发明对数是在指数书写方式之前,直
到18世纪瑞士数学家欧拉(1707一1783)才发现指数与对数之间的联系.
对数的定义:一般地,若a=N(a>0且a≠1),那么x叫作以a为底N的对数,记作x=
1ogN,比如指数式2=16可以转化为对数式4-1og16,对数式2-log9可以转化为指数式3
=9.
我们根据对数的定义可得到对数的一个性质:
log(M·V)=logM+logN(a>0,a≠1,M>0,N>0),理由如下:
设logM=m,logN=,则M=am,V=a",
'.M·V=a"·a"=a"+",由对数的定义得m十n=log(M·N).
又,m+n=logM+log.N,
∴.log(M·N)=logM+log.N
根据上述材料,结合你所学的知识,解答下列问题.
(1)填空:①log232=
,②log327
,③log1=
(2)求证:log-log.M-lbgN(a>0a≠1.M>0.N>0.
(3)拓展运用:计算1og125+log6-1og30.
【学找切入点】通过阅读材料,理解对数的定义与性质,明确指数式与对数式互相转化的方
法,运用对数性质进行计算.
39》
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变式2-1(2021,永州中考)定义:若10=N,则x=logio N,x称为以10为底的N的对
数,简记为lgN,其满足运算法则:lgM+lgN=lg(M·N)(M>0,N>0).例如:因为10=100,所
以2=lg100,亦即lg100=2;lg4十lg3=lg12.根据上述定义和运算法则,计算(1g2)2+1g2·lg5+
lg5的结果为(
).
A.5
B.2
C.1
D.0
变式2-2
富(2023,内江中考)对于正数,规定)=千例如:2)-青侣》
2
2×
2=
计算:)+f)+f编)++f得》
+f2)+f1)+f2)+f3)+…+(99)+f100)+f101)=(
A.199
B.200
C.201
D.202
变式23(2023,广安中考)定义一种新运算:对于两个非零实数@6,a※6=若+岩若
2※(一2)=1,则(一3)※3的值是
类型3定义一种新图形
例3设有一个边长为1的正三角形,记作A,(图1):将每
条边三等分,在中间的线段上向外作正三角形,并去掉中间的
线段后所得到的图形记作A2(图2):再将每条边三等分,并重
复上述过程,所得到的图形记作A(图3):再将每条边三等分
图】
图2
图3
并重复上述过程,所得到的图形记作A
(1)那么A:的周长是
(2)A,这个多边形的面积是原三角形面积的
倍
【学找切入点】探索每“生长”一次,边数、面积变化的规律,及每“生长”一次新增三角形个
数的规律
变式31如图,给正五边形的顶点依次编号为1,2,3,4,5.若从某一顶点开
始,沿正五边形的边顺时针方向行走,顶点编号的数字是几,就走几个边长,则称这
种走法为一次“移位”
例如:当小宇在编号为3的顶点上时,那么他应走3个边长,即从3→4→5→1
为第一次“移位”,这时他到达编号为1的顶点:然后从1→2为第二次“移位”
若小宇从编号为2的顶点开始,则第10次“移位”后,他所处顶点的编号为
类型4定义一种新法则
例4规定:正整数n的“H运算”是①当n为奇数时,H=3n十13;②当n为偶数时,H=n×
号××…(其中H为奇数0.例如,数3经过1次H运算"的结果是2,经过2次H运算”的结
《40
第6讲
新定义运算
果是11,经过3次“H运算”的结果是46.
请解答:(1)数257经过257次“H运算”得到的结果.
(2)若“H运算”②的结果总是常数a,求a的值
【学找切入点】(1)按照①②运算一次一次地输入,得出它们的结果,从中发现规律,从第10次
开始偶数次等于1,奇数次等于16,从而求数257经过257次“H运算”得到的结果
(2)对a的值分析可得a一定是个奇数,然后按照运算①计算,并变成幂的形式
变式41任意大于1的正整数m的三次幂均可“分裂”成m个连续奇数的和,如:2=3十
5,33=7+9十11,43=13十15+17十19,…,仿此,若m3的“分裂数”中有一个是59,则m=
类型5高斯函数>
例5在一列数x,,x,…中,已知=1,且当k≥2时,x=x4-1十1
4([]-[,])(取整符号[a]表示不超过实数a的最大整数,例如[2.6]=2.[0.2]=0.则
x201o等于(
A.1
B.2
C.3
D.4
【学找切入点】[x]表示不超过实数x的最大整数,x一1<[x]≤x
变式51对于实数x,我们规定[x]表示不大于x的最大整数,例如[1.2]=1,[3]=3,
[-2.5=-3,若[]=5,则x的取值可以是(
A.40
B.45
C.51
D.56
变式5-2已知2015<x<2016.设[x]表示不大于x的最大整数,定义{x}=x-[x].如
果{x}×[x]是整数,则满足条件的所有x的和等于
变式53[z]表示不超过x的最大整数,如[-1,3]=-2,[1.3]=1,已知[a十0]十
[a+品]+…+[+]=4,则e的取值范围是
研讨乐园
例6在贝那勒斯(佛教圣地,位于印度北部)的圣庙里,安放着一块黄铜板,板上插着三根金
刚石针(如图).传说开天辟地的神梵天(印度教主神)在创造世界的时候,在其中的一根针上
从下到上放置了由大到小的64片金片,这就是所谓的汉诺塔.不论白天黑夜,都有一名值班的僧
侣根据梵天的旨意,按照规定的方法把这些金片在三根针上移来移去:一次只能移一片,并且要
求不论在哪一根针上,小片永远在大片的上面.当所有的64片金片都从梵天创造世界时所放的
那根针上移到另一根针上时,“世界末日”到来.假设每次移动需要1秒的时间,“世界末日”何时
到来?
41》
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中
A
B C
【学找切入点】解决这一类与自然数n相关的问题及操作次数较多的问题时,通过寻找递
推关系式,运用初始条件,化难为易,是一种从有限认识无限的重要方法,
【解】设a.表示当金片数为n时移动的最少次数,即求a的值.如果n=1,则1次就可把
金片由A移到B,因此,1=1.如果>1,我们这样想:要把n片金片由A移到B.那么首先应把
它上面(一1)片金片移开(移到C上,用了a次),然后把金片n移到B上(用了1次),最后再
把前(一1)片金片由C移到B(又用了a,次).这时,就完成了n片金片由A到B的移动,于是
有2aw-1+1=a,加上a1=1,得:
a1=1,
①
an=2aw-1+1(n=2,3,…).
这样,我们就把一个n片金片问题(计算an)转化成了一个(n一1)片金片问题(计算a-).事
实上,我们做得比较充分:不仅把64片金片问题转化成了63片金片问题,又把63片金片问题转
化成了62片金片问题…只要反复应用①,实际上就转化成了1片金片问题,①叫作数列{α.}
的递推公式
我们先用归纳法猜猜看:
a1=1,
a2=2×1+1=3,
a3=2×3+1=7.
a4=2×7+1=15,
a5=2×15+1=31,
了解2的方幂数2,4,8,16.32,…的人,不难猜想:4m=2一1.
我们作一简明推导(反复用①):
am=2·am-1+1=2(2am-2十1)+1
=22·aw-2+2+1=22(2aw-3+1)+22-1
=23·am-3+22+22-1=23(2am-4+1)+23-1
=2·aw-4十23十23-1=2·aw4十24-1
0
=2m-1·a1+2w-1-1=2m1·1+21-1
=2n一1.
a61=24-1=18446744073709551615次,
如果移动1次需用一秒钟,则共用了a6秒.如一年按365.2422天(即31556926秒)算,那
么移完64片金片要用约a61÷31556926≈5844亿年.
《42
第6讲
新定义运算
能力平台
绍优训练
建议用时:30分钟
述方法,那么200的所有正约数之和为
1.(2023,包头中考)定义新运算“☒”,规定:
().
a8b=a一|b1,则(一2)☒(一1)的运算结果
A420
B.434
C.450
D.465
为().
5.式子“1+2十3十4十…十100”表示从1开始
A.-5
B.-3
C.5
D.3
的100个连续自然数的和,由于式子比较
2.(2023,重庆中考)在多项式x一y一之一m一n
长,书写不方便,为了简便起见,我们将其表
(其中x>y>>m>)中,对相邻的两个字
100
示为
n,这里“∑”是求和符号,如
母间任意添加绝对值符号,添加绝对值符号
后仍只有减法运算,然后进行去绝对值运算,
=12+2+32+4=30,通过对以上
称此为“绝对操作”.例如:x一y一之一m一n
1
=x-y-2+m-n,|x-y|-之-|m-n=
材料的阅读,可计算
n(n+1)
的值是
x一y一之一十n,….下列说法:
).
①存在“绝对操作”,使其运算结果与原多项
式相等;
A号
R
C.2
D.0
②不存在“绝对操作”,使其运算结果与原多
6.(2023,重庆中考)对于一个四位自然数M,若
项式之和为0:
它的千位数字比个位数字多6,百位数字比十
③所有的“绝对操作"”共有7种不同运算结果
位数字多2,则称M为“天真数”.如:四位数
其中正确的个数是(
7311,,7-1=6,3-1=2,.7311是“天
A.0
B.1
C.2
D.3
真数”:四位数8421,,8-1≠6,.8421
3.对于每个正整数n,设f(n)表示(n十1)的
不是“天真数”,则最小的“天真数”为
末位数字.例如:f1)=2(1×2的末位数
;一个“天真数”M的千位数字为
字),f(2)=6(2×3的末位数字),f(3)=
a,百位数字为b,十位数字为c,个位数字为
2(3×4的末位数字),…,则f1)十f(2)十
d,P(M)=3(a+b)+c+d,Q(M)=a-5,
f(3)+…+f(2022)的值为(
).
若裙能被10整除,则满足条件的M的
A.6
B.4042C.4048
D.6708
最大值为
4.一个整数的所有正约数之和可以按如下方
法求得,如6=2×3,则6的所有正约数之和
7.(2020,宜宾中考)定义:分数”(m,n为正整
为(1+3)+(2+6)=(1+2)×(1+3)=12:
12=2×3,则12的所有正约数之和为(1+
数且互为质数)的连分数
3)+(2+6)+(4+12)=(1+2+2)×(1+
a3+...
3)=28:36=22×32,则36的所有正约数之
(其中a1,a2,ag,…为整数,且等式右边的每
和为(1+3+9)+(2+6+18)+(4+12+
36)=(1十2+2)×(1+3十3)=91.参照上
个分数的分子都为1),记作”△上十上+
43》
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al一b,将四个数2,3,4,5排成不同的二阶
行列式,则不同的计算结果有
个,
例如:=
1
其中数值最大的是
2+7
2+7
10.(2021,重庆中考)对于任意一个四位数m,
5
若千位上的数字与个位上的数字之和是百
1
位上的数字与十位上的数字之和的2倍,
2-
2+
2+
1
16
1+
则称这个四位数m为“共生数”.例如:m=
5
2+
3507,因为3+7=2×(5+0),所以3507
名的连分数为
1
,记作0△
是“共生数”;m=4135,因为4十5≠2×
+
(1十3),所以4135不是“共生数”
1+
2+立
(1)判断5313,6437是否为“共生数”?请
说明理由。
2+++则
△141+1
(2)对于“共生数”,当十位上的数字是千
12T3
位上的数字的2倍,百位上的数字与个
宽赛训练
建议用时:20分钟
位上的数字之和能被9整除时,记
8.有依次排列的3个数:3,9,8,对于任意两个
相邻的数,都用右边的数减去左边的数,所
F(m)=号,求满足F()各数位上的数
得的差写在这两个数之间,可产生一个新数
字之和是偶数的所有.
串:3,6,9,一1,8,这称为第一次操作:做第
二次同样的操作后也可产生一个新数串:3,
3,6,3,9,一10,一1,9,8,继续依次操作下
去.问:从数串3,9,8开始操作第100次后
所产生的那个新数串的所有数之和是
()
A.500
B.520
C.780
D.2000
a b
9.
e d
叫作二阶行列式,它的算法是
《44参考答案与提示
a1m+2+aa=a6=ag=…=aw,所以a5=a2=5,
第6讲
新定义运算
则4十5十a=15,解得a1=6,
c
2019÷3=673,.a20y=a:=6.
例2(1)5:3:0.
提示:l0g232=10g2=5,log27=
8128,21,20,3.提示:应用逆推法,用1乘以2,得2:
log33=3,l0g1=log7'=0.
用2乘以2,得4:用4乘以2,得8:用8乘以2,得16.
(2)设log,M=m,logN=n,则M=a",V=a"
然后分类讨论,判断出所有符合条件的m值为128,
兴-导=一,由定义得m=是
21,20,3.
又,m一n=logM一logV,
日(1)3m.(2)mm+1
2
M
log.-log.M-log.N(a>0.uz1.M>0.N>0).
(3)由题意得m=2×3m,解得=11或1=0(不
2
(3)原式=log(125×6÷30)=l0g25=2.
符合题意).
的a)4
提示:从A:开始,每进行一次操作,所得到
0A提示:根据题意分析可得:如果从1号数起,离开
的图形周长是原来图形周长的专倍,所以A:的周长
的分别为13,1,3,6,10,5,2,4,9,11,12,7.最后留下
的是8号.因此,想要最后留下1号,即将“8”倒推7位,
是3×号=4
那么“1”也应该倒推7位,得到的数是“7”
团C提示:观察第2行数可知,第7个数为1+2+3十4
A的周长是3X音×专-3×(告)=5,
+5十6十7=28.第1行的第7个数为28×2一1=55,
A的周长是3×(特)广°×号=3×(告)广”-兽
28+55=83.
提示:设A的面积是S,由A,“生长”变成
,取每行数的第7个数,这两个数的和是83
A,“生长”一个三角形的面积是上一级一个三角形面
®
积的日,所以A的面积为S+3×号S=号S,
3[n(m十1)十4]或(m十n十4).提示:观察图形的排列
由A“生长”变成A,“生长”一个三角形的面积是上一
规律,可以发现每个图形四个角上各有一个小圆,不同
的是中间小圆个数有变化,第1个圆中间有2个小圆,
级一个三角形面积的号,所以A的面积为S十3×
可以看成1行2列,个数为1×2:第2个圆中间是2行
3列,个数为2×3:依次为3×4,4×5,…..第n个
由A“生长”变成A,“生长”一个三角形的面积是上一
图形共有[(n十1)+4幻个小圆.也可把中间小圆排成
的图形看成×n方阵,共n个小圆,再多出1列,共n
级一个三角形面积的号,所以A的面积为S十3×
个小圆,列式为十十4.
43775.提示:不妨设a>b,原式为a.由此可知,每组
例函(1)当n为257时,第1次“H运算”为3×257+13=
数的两个数代入代数式运算后的结果为两个数中较大
784:第2次“H运算”为784×0.5=49:第3次“H运
的一个,从整体考虑,只要将51,52,53,…,100这50个
算”为3×49+13=160:第4次“H运算”为160×0.5
数依次代人每一组中,便可得50个值的和的最大值.
=5:第5次“H运算”为3×5+13=28:第6次“H运
固1008017.提示:设第i个拐角处的数为a:,则a1=
算”为28×0.5=7:第7次“H运算”为3×7+13
2,a=a-1+i,a+1=a5+(i+1).因为2007=2×
34:第8次“H运算”为34×0.5=17:第9次“H运算”
1003+1,故a2m=1+2×(1+2+3+…+1003)+
为3×17+13=64:第10次“H运算”为64×0.5=1,
1004=10042+1=1008017.
第11次“H运算”为3×1十13=16:第12次“H运算”
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为16×0.5=1:第13次“H运算”为3×1+13=
16…所以从第10次开始,偶数次等于1:奇数次等于
16.因为257是奇数,所以第257次是16.
(2)若对一个正整数进行若干次“H运算”后出现循环,
f101)=
此时“H运算”的结果总是a,则a一定是个奇数,那
1G+1
么,对于a进行“H运算"的结果a×13+13是偶数,再
+f(合)=音+号=23)+f(合)=+2=2。
对a×3+13进行“H运算”,而a×3+13乘以的结
果仍是a,于是a×3+13)×=a,也即aX3+13=a
4+()=8+号=2…,f101)+f()
×2*,即a(2一3)=13=1×13,因为a是正整数,所以
9+贵=2f()+(品)+(编)+…
2*-3=1或2-3=13,解得k=2或k=4.当k=2
f(号)+f(2)+f0)+f2)+f3)++f9)+
时,a=13:当k=4时,a=1,所以a为1或13.
f(100)+f(101)=2×100+1=201.
丽B提示:由=1和=+1一([门
2图-号.提示:2※(-2)=1,号+当2=1,
[2])可得=1,=26=3=4=1a
“x-y=2.(-3)※3=号3十芳=-3(-)
2,h=3,x%=4,…,
-}×2=
2010=4×502+2,∴amm=2.
33.提示:第一次“移位”,即2-→3→4:第二次“移
【变式题组】
位”,即4→5→1→2→3:第三次“移位”.即3→4→5-·
1-1(1)因为512按上述方法可得到的新数有152,215,
1:第四次“移位”,即1→2.由此可知,经过四次“移位”
521,且|1+3×5-21=14,12+3×1-51=0,
后又回到顶点2.因为10=4×2十2,所以第十次“移
15十3×2-1=10,14>10>0,所以152是512的“梦
位”后与第二次“移位”后的结果相同
想数”.P(512)=1+3X25-4=72.
48.提示:结果从2到,正好用去从3开始的连
(2)因为S=1ab,所以S=1,因为29S+7S=
续奇数共2+3+4十…+m=m+2,m=卫个.
2
4887,所以29(100+10a+b)+7(100+10b+a)
59是从3开始的第29个奇数.
4887,所以3a十b=13.因为a,b为自然数,进而有a=
当m=7时,从2到7,用去从3开始的连续奇数共
2,b=7:a=3,b=4:a=4,b=1,故三位数可以是127,
134,141.所以P(127)=12+3×7-22=144,
7+2)7-D=27个:当m=8时,从2到8,用去从
2
P(134)=4+3×32-1=42,P(141)=1°+3×4
3开始的连续奇数共8+2(8-)=35个,故m=8.
2
1=48.又因为P(S)能被7整除,所以S=134。
5-c
2-C提示:10=10,lg10=1,.原式=(g2)月
提示:当x=40时,[]-[错]=[4.4=4:
+g2·g5+g5=lg2(lg2+lg5)+lg5=lg2×
当x=6时[]-[8]-[9=4:
g10+lg5=g2+lg5=lg10=1.
2四C提示:)=-1,f2=-青
当x=1时.[]-[4]-6.=5
当x=56时,[告]-[8]=6
传)-8-器-传)
524059217.提示:,2015<x<2016,.[x]=
2015.:0<{x<1,且(x}×[x]为整数,{x
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参考答案与提示
2
3
2014
=2015*205'205…2015
∴满足条件的数
能被10整除,当。取最大值9时,即当。=9时,端
共有2014个.,满足条件的所有x的和为2015+
满足能被10整除,则c=1,“天真数”M为9313.
20+2015+25++2015+号8-2015×
2
io
2014+1+2+3++2014-4059217.
8B提示:设A=3,B=9,C=8,操作第n次以后产生
2015
的那个新数串的所有数之和为S,
5-3-0.5≤a<-0.4或0.4≤a<0.5.
提示:由0
当n=1时,S=A+(B-A)+B+(C-B)+C=B+
品…,品都在0到1的范围之间可得[a+]
2C=(A+B+C)+1×(C-A):
当n=2时,S=A十(B-2A)+(B-A)十A+B+
[a+最]…,[a+品]的值为[a]或[a+1小设
(C-2B)+(C-B)+B+C=-A+B+3C=(A+B+
[a+],[a+品],…,[a+是]中有m个值为
C)+2(C-A):
[a],则有(9-m)个值为[a+1].
故当n=100时.Sm=(A+B+C)+100×(C一A)
,9×(-1)<-4<9X0,9×0<4<9×1,
-99A+B+101C=-99×3+9+101×8=520
∴.[a]=-1,[a+1]=0或[a]=0,[a+1]=1.
.-1×m+0×(9-m)=-4或0×m+1×(9-m)
a6:14.提示:当ad交换时,二阶行列式的计算结果
=4,解得m=4或m=5.
不变:当b,(交换时,二阶行列式的计算结果也不变,
所以在四个数中任选两个放在a,d的位置,其余两个
[a+0]=-1[a+]=0政[a+0]=o[a叶
放在b,c的位置,一共有6种不同的结果,要使计算结
-1a+0<0,
0a+<1,
果尽可能大,则应使ad尽可能大,则取a=4d=5,
或
b=2,c=3.计算结果为14,
0<a+0<l
1a+8<2
10(1)5+3=2×(3+1),.5313是“共生数”
解得-0.5≤<-0.4或0.4≤a<0.5.
:6+7≠2×(3+4),.6437不是共生数”
【能力平台】
(2),n是“共生数”,根据题意,个位上的数字要大于
Dc BC D
百位上的数字,
日D提示:罗
一3++☆+叶
1
设n的千位上的数字为a,则十位上的数字为2a(1≤
a≤4),设n的百位上的数字为b,
2022}-+-+-++
4
,个位和百位都是0~9的数字,
12022
2022023-1-2023-2023
∴.个位上的数字为9-b,且9一b>b,.04
,.n=1000a+100b+20a+9-h.
日6200:9313.提示:求最小的“天真数”,首先知道最
小的自然数为0.千位数字比个位数字多6,个位数为
Fn)=1000a+104+20a+9-b=340u+336+3.
3
最小的自然数0时,千位数为6:百位数字比十位数字
由于n是“共生数”,
多2,十位数为最小的的自然数0时,百位数为2:则最
.a+9-b=2×(2a+b),即a+b=3,
小的“天真数”为6200.一个“天真数”M的千位数字
a=1,a=2,a=3,
为a,百位数字为b,十位数字为c,个位数字为d.由
可能的情况有
1b=2,b=1,b=0,
“天真数的定义得a=d十6,所以6≤a≤9,b=c十2,
.n的值为1227或2148或3069.F(n)分别为
所以0≤c≤7.又P(M0=3(a+b)+c+d=3(a+c+
409,716,1023,且F(n)各数位和为偶数,∴.n的值
2)+c+a-6=4a+4:Q(M0=a-5.PM=4a+4
Q(M)
a-5
是2148或3069.
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