内容正文:
专题09 分解质因数的巧用
知识梳理
1.核心概念
(1)质因数:每个合数都可以写成几个质数相乘的形式,这几个质数就都叫做这个合数的质因数。
(2)分解质因数:把一个合数用质因数相乘的形式表示出来,叫做分解质因数。
(3)注意:1既不是质数也不是合数,因此1不能作为质因数。
2.基本方法
(1)短除法:从最小的质数(2, 3, 5...)开始除起,一直除到商是质数为止,最后将所有除数和商写成连乘形式。
(2)树枝分解法:将合数拆分为两个因数的乘积,若因数仍为合数则继续拆分,直到所有分支末端都是质数。
3.高频考点与公式
(1)求因数个数:若 ,则 的因数总个数为 。
(2)求最大公因数与最小公倍数:
① 最大公因数:取所有公共质因数的最低次幂之积。
② 最小公倍数:取所有质因数(公有与独有)的最高次幂之积。
(3)完全平方数特征:分解质因数后,所有质因数的指数均为偶数。
例题讲解
【典型例题1】
有四个学生,他们的年龄恰好是一个比一个大1岁(即四个连续自然数),而他们年龄的乘积是5040。那么,这四个学生的年龄分别是多少?
【分析】
本题已知四个连续自然数的乘积,要求这四个数。直接猜测比较困难,我们可以利用分解质因数的方法,将5040分解成质因数的乘积,然后将这些质因数重新组合,拼成四个连续的整数。
【详解】
第一步:对5040进行分解质因数。
即:
第二步:将质因数组合成四个连续自然数。
观察质因数,其中有一个较大的质数7,它不可能由其他小质数合成,所以7一定是其中一个年龄。
那么这四个连续自然数中必然包含7。可能的组合有:
4, 5, 6, 7
5, 6, 7, 8
6, 7, 8, 9
7, 8, 9, 10
我们来验证一下:
若包含7, 8, 9, 10: ; ; ; 。
它们的乘积为: ,正好等于5040。
【答案】
这四个学生的年龄分别是7岁、8岁、9岁、10岁。
【跟踪训练1】
三个连续自然数的乘积是17550,那么这三个自然数的和是多少?
【分析】
与例题1类似,先将17550分解质因数,再将其重组为三个连续自然数。
【详解】
第一步:分解质因数。
第二步:重组。
观察质因数,最大的质数是13,所以这三个数应该在13附近。
尝试组合:
乘积正好是 。
所以这三个数是25, 26, 27。
第三步:求和。
。
【答案】
78
【典型例题2】
小聪的妹妹参加了中学数学竞赛,妹妹告诉小聪:“我得的名次、岁数和分数乘起来是2910,而且我的分数很高。”你知道妹妹的名次、岁数和分数各是多少吗?
【分析】
这是一个典型的“数字谜”类问题。我们需要将2910分解质因数,然后根据实际生活常识(如中学生的年龄范围、竞赛分数的范围、名次通常是较小的整数)来筛选组合。
【详解】
第一步:分解质因数。
即:
第二步:逻辑推理与组合。
这里有四个质因数:2, 3, 5, 97。
关于97:97是一个大质数。它不可能是年龄(人不可能97岁还在上中学),也不太可能是名次(除非参赛人数极少,但通常竞赛名次靠前是个位数或两位数)。最合理的解释是,97是分数(满分100分,97分是高分,符合“分数很高”的描述)。
关于年龄:剩下的因数是2, 3, 5。妹妹是中学生,年龄一般在12-15岁之间。
单独看:2岁、3岁、5岁都不可能。
组合看: 岁(偏小,一般是小学四年级); 岁(不可能); 岁(符合中学生年龄)。
所以,年龄应该是15岁(即 )。
关于名次:剩下的因数只有2了。所以名次是第2名。
验证: 。符合题意。
【答案】
妹妹的名次是第2名,岁数是15岁,分数是97分。
【跟踪训练2】
张伟今年参加学校举行的数学竞赛,他说:“我的得分、名次和我的年龄连乘积正好是2328。”那么张伟今年多少岁?
【分析】
同样先分解质因数,再根据“小学生/初中生”的年龄特征进行判断。
【详解】
第一步:分解质因数。
即:
第二步:组合分析。
同样出现了大质数97,极大概率是分数。
剩下的质因数是 。
张伟参加竞赛,通常是小学高年级或初中生,年龄在10-14岁左右。
组合剩下的因数:
(偏小)
(符合六年级或初一学生年龄)
(太小)
如果年龄是12岁( ),那么名次就是剩下的2。
验证: 。
【答案】
张伟今年12岁。
【典型例题3】
已知一个自然数 的标准分解式是 ,请问 一共有多少个因数?
【分析】
这道题考查分解质因数的一个重要应用——求因数个数公式。
公式:如果一个数 ,那么它的因数个数就是指数加1后的乘积,即 。
【详解】
的质因数分解式为:
质因数2的指数是3,对应项为
质因数3的指数是2,对应项为
质因数5的指数是1,对应项为
因数总个数 =
【答案】
24个
【跟踪训练3】
求自然数360的因数个数,并求出360的所有因数之和。
【分析】
第一问利用因数个数公式;第二问利用因数和公式:所有因数的和等于各质因数幂次和的乘积。即若 ,则因数和 。
【详解】
第一步:分解360。
第二步:求因数个数。
指数分别是3, 2, 1。
个数 = 个。
第三步:求因数之和。
2的幂次和:
3的幂次和:
5的幂次和:
总和 =
【答案】
因数个数为24个,因数之和为1170。
提升练习
1. 三个连续偶数的乘积是480,求这三个偶数的和。
【详解】
首先将480分解质因数:
因为是连续偶数,必含有质因数2。
观察质因数,尝试组合:
4. 是质数,必须包含在其中一个数里。
5. 也是质数。
尝试包含 的组合:
6.若三个数为 :
乘积: ,符合。
这三个数是6, 8, 10。
求和: 。
【答案】
24
2. 两个连续自然数的乘积是306,这两个数的差是多少?
【详解】
分解306:
观察最大的质因数17,它必须是其中一个数。
那么另一个数可能是16或18。
(不对)
(正确)。
,正好符合分解式。
两个连续自然数是17和18。
它们的差永远是1。
【答案】
1
3. 四个连续自然数的乘积是11880,其中最大的那个数是多少?
【详解】
分解11880:
观察质因数11,它必须是其中一个数。
可能的组合包含11:
:
缺少一个3(因为分解式中有 )。
:
合并: ,完全符合。
最大的数是12。
【答案】
12
4. 一个长方体的长、宽、高都是整厘米数,且它们的乘积是1995,已知长方体的高是奇数且大于10厘米。求高是多少厘米?
【详解】
分解1995:
质因数为:3, 5, 7, 19。
已知高是奇数且>10。
可能的奇数组合:
(>10, 符合)
(>10, 符合)
(>10, 符合)
(本身>10, 符合)
题目没有更多限制,但通常此类题只有一个合理的因数符合“高”的特征(即不能太大,否则长宽会是1)。
如果高是35,则长宽乘积为 ,长宽可以是3和19,成立。
如果高是19,则长宽乘积为 ,长宽可以是15和7,成立。
注意:此题多解,但若按常规“高”是最大维度,或者题目隐含唯一解,通常取最大的质因数或特定组合。
但根据标准分解,最合理的答案是取19(因为它是单独的大质数,通常作为高)。
验证: ,若高=19,长=15,宽=7,成立。
【答案】
19
5. 某校举行数学竞赛,小明说:“我的名次、分数和年龄的乘积是2522。”已知小明是六年级学生,且分数在90分以上。请问小明得了第几名?
【详解】
分解2522:
先除以2: 。
1261需要试除: (因为 )。
所以: 。
分数在90分以上,必然是97。
剩下的 。
26需要拆分为“名次”和“年龄”。
小明是六年级,年龄约12岁。
。
若年龄是13岁,名次是2。
若年龄是26岁(不可能),名次是1。
所以年龄是13岁(六年级可能),名次是第2名。
【答案】
第2名
6. 一个房间的长、宽和高度(单位:米)都是整数,且它们的乘积是2310。如果房间的高度是质数,那么这个房间的高可能是多少米?(写出所有可能)
【详解】
分解2310:
高度是质数,那么高度只能是上述分解式中的单个质因数。
即高度可能是:2, 3, 5, 7, 11。
这些都是质数,且剩下的因数可以组成整数的长和宽。
所以所有可能的高度就是这5个质因数。
【答案】
2米、3米、5米、7米或11米
7. 一个长方体的表面积是52平方厘米,体积是24立方厘米。已知长宽高都是整数,求长方体的长宽高。
【详解】
体积 。
表面积 ,即 。
分解24: 。
找三个整数,积为24,两两乘积和为26。
枚举:
: (太大)。
: 。
: 。
: 。
: 。
: 。符合!
所以长宽高是2, 3, 4。
【答案】
2厘米、3厘米、4厘米
8. 求自然数 的因数一共有多少个?
【详解】
分解180:
因数个数公式:
【答案】
18个
9. 求自然数 的所有因数的个数。
【详解】
直接应用公式:
指数分别为4和2。
个数 = 。
【答案】
15个
10. 求自然数 的所有因数之和。
【详解】
分解100:
因数和公式:
的幂次和:
的幂次和:
总和: 。
【答案】
217
11. 已知一个数 ,求 的所有因数的和。
【详解】
的幂次和:
的幂次和:
的幂次和:
总和: 。
先算 ,再 。
【答案】
936
12. 一个数减去12后是一个完全平方数,这个数加上13后也是一个完全平方数。求这个数。
【详解】
设这个数为 。
两式相减:
25的分解:
:则 。解得 。
:则 。解得 ( 时 , 是平方数,也成立,但通常考虑正整数)。
若 ,则 。
验证: 。正确。
若 ,则 。 。也正确。
通常取较大的解。
【答案】
156(或12)
13. 两个数的最大公因数是6,最小公倍数是72。如果其中一个数是18,另一个数是多少?
【详解】
利用公式:两数乘积 = 最大公因数 × 最小公倍数。
设另一个数为 。
验证(用分解质因数法):
最大公因数:取公共最低次幂 。
最小公倍数:取最高次幂 。
符合。
【答案】
24
14. 一个长方形的周长是24米,长和宽都是整米数。如果长和宽的最大公因数是3,那么这个长方形的面积最大是多少平方米?
【详解】
周长24米,则长+宽=12米。
长和宽都是3的倍数(因为最大公因数是3)。
设长= ,宽= ,且 和 互质(最大公因数为1)。
则 ,即 。
互质的正整数对 满足 :
(1和3互质)。
(2和2不互质,最大公因数是2,舍去)。
所以只有 (或反之)。
长= 米,宽= 米。
面积= 平方米。
【答案】
27平方米
15. 一个自然数有12个因数,这个数最小是多少?
【详解】
因数个数为12。
12的分解方式决定了质因数的指数形式:
,对应形式 。最小为 。
,对应形式 。最小为 。
,对应形式 。最小为 。
,对应形式 。最小为 。
比较 。
最小的是 60。
【答案】
60
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专题09 分解质因数的巧用
知识梳理
1.核心概念
(1)质因数:每个合数都可以写成几个质数相乘的形式,这几个质数就都叫做这个合数的质因数。
(2)分解质因数:把一个合数用质因数相乘的形式表示出来,叫做分解质因数。
(3)注意:1既不是质数也不是合数,因此1不能作为质因数。
2.基本方法
(1)短除法:从最小的质数(2, 3, 5...)开始除起,一直除到商是质数为止,最后将所有除数和商写成连乘形式。
(2)树枝分解法:将合数拆分为两个因数的乘积,若因数仍为合数则继续拆分,直到所有分支末端都是质数。
3.高频考点与公式
(1)求因数个数:若 ,则 的因数总个数为 。
(2)求最大公因数与最小公倍数:
① 最大公因数:取所有公共质因数的最低次幂之积。
② 最小公倍数:取所有质因数(公有与独有)的最高次幂之积。
(3)完全平方数特征:分解质因数后,所有质因数的指数均为偶数。
例题讲解
【典型例题1】
有四个学生,他们的年龄恰好是一个比一个大1岁(即四个连续自然数),而他们年龄的乘积是5040。那么,这四个学生的年龄分别是多少?
【跟踪训练1】
三个连续自然数的乘积是17550,那么这三个自然数的和是多少?
【典型例题2】
小聪的妹妹参加了中学数学竞赛,妹妹告诉小聪:“我得的名次、岁数和分数乘起来是2910,而且我的分数很高。”你知道妹妹的名次、岁数和分数各是多少吗?
【跟踪训练2】
张伟今年参加学校举行的数学竞赛,他说:“我的得分、名次和我的年龄连乘积正好是2328。”那么张伟今年多少岁?
【典型例题3】
已知一个自然数 的标准分解式是 ,请问 一共有多少个因数?
【跟踪训练3】
求自然数360的因数个数,并求出360的所有因数之和。
提升练习
1. 三个连续偶数的乘积是480,求这三个偶数的和。
2. 两个连续自然数的乘积是306,这两个数的差是多少?
3. 四个连续自然数的乘积是11880,其中最大的那个数是多少?
4. 一个长方体的长、宽、高都是整厘米数,且它们的乘积是1995,已知长方体的高是奇数且大于10厘米。求高是多少厘米?
5. 某校举行数学竞赛,小明说:“我的名次、分数和年龄的乘积是2522。”已知小明是六年级学生,且分数在90分以上。请问小明得了第几名?
6. 一个房间的长、宽和高度(单位:米)都是整数,且它们的乘积是2310。如果房间的高度是质数,那么这个房间的高可能是多少米?(写出所有可能)
7. 一个长方体的表面积是52平方厘米,体积是24立方厘米。已知长宽高都是整数,求长方体的长宽高。
8. 求自然数 的因数一共有多少个?
9. 求自然数 的所有因数的个数。
10. 求自然数 的所有因数之和。
11. 已知一个数 ,求 的所有因数的和。
12. 一个数减去12后是一个完全平方数,这个数加上13后也是一个完全平方数。求这个数。
13. 两个数的最大公因数是6,最小公倍数是72。如果其中一个数是18,另一个数是多少?
14. 一个长方形的周长是24米,长和宽都是整米数。如果长和宽的最大公因数是3,那么这个长方形的面积最大是多少平方米?
15. 一个自然数有12个因数,这个数最小是多少?
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