一道数论题的证明过程

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  在中等师范学校数学教科书《小学数学教材教法》第一册第二章“数的整除特征”这一部分,有这样一道习题:“任意给定12个不同的自然数,证明其中必有两个数的和或差是20的倍数”。
  首先必须弄清楚,一个数是20的倍数,它必具有什么样的特征。
  20可以看成4×5,一个数只要既是4的倍数,又是5的倍数,那么它一定是20的倍数。
  4的倍数的特征是:这个数的末两位数是4的倍数。
  5的倍数的特征是:这个数的末位数字是0或5。
  既要是4的倍数,又要是5的倍数,末位数字只能是0,且十位数字只能是偶数。
  所以,20的倍数的特征是:这个数的末位数字是0,十位数字是偶数。
  或者把20看成2×10,一个数只要既是2的倍数,又是10的倍数,那么它一定是20的倍数。如果一个数的个位数字是0,那么它是10的倍数,它除以10的商,就是个位数字前面的数字组成的数,只要这个商的末位数字是偶数,即原数的十位数字是偶数,那么它又是2的倍数,所以它就是20的倍数。
  总之,只要一个数的个位数字是0,十位数字是偶数,这个数就是20的倍数。
  在任意给定的12个不同的自然数中,其中至少有两个数的个位数字相同,因为阿拉伯数字只有10个(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9),所以至少有两个数的个位数字相同。
  如果有3个或3个以上的数的个位数字相同,则在这些数中,至少有两个数的十位数字都是奇数或都是偶数,这样的两个数的差,个位数字是0,十位数字是偶数(两个奇数的差或两个偶数的差都是偶数,证明略),所以这两个数的差是20的倍数,问题得证。
  如果最多只有两个数的个位数字相同,则这样的数有两组,如图:
  0;1;2;3;4;5;6;7;8;9;X;Y。
  最后两个数的个位数字X、Y分别与前面10个数中的两个数的个位数字相同,下面讨论个位数字相同的各种情况。
  先看两种特殊情况:
  1、如果X、Y中有一个是5,则有两个个位数字都是5的数,这两个数的十位数字有三种情况:(1)都是奇数;(2)都是偶数;(3)一个是奇数,另一个是偶数。在(1)或(2)两种情况下,这两个数的差是20的倍数,如果是第三种情况,则这两个数的和是20的倍数,问题得证。如图:
  


  2、如果X、Y中没有5,有一个是0,则有两个个位数字都是0的数,这两个数的十位数字也有三种情况:(1)都是奇数;(2)都是偶数;(3)一个是奇数,另一个是偶数。在(1)或(2)两种情况下,这两个数的和或差都是20的倍数,问题得证;如果是第三种情况,则这两个数的和或差都不是20的倍数,如图:
  


  在第三种情况下,考虑个位数字相同的数的另一种情况,即还有两个数的个位数字相同,它们的个位数字都是1、2、3、4、6、7、8、9这八个数字中的一个,不妨设是1,则还有两个个位数字都是1的数,这两个数的十位数字也有三种情况:(1)都是奇数;(2)都是偶数;(3)一个是奇数,另一个是偶数。在(1)或(2)两种情况下,这两个数的差都是20的倍数,问题得证;如果是第三种情况,则这两个数的差不是20的倍数,如图:
  


  在第三种情况下,要与数 9结合起来考虑,此时,数 9的十位数字有两种情况:(1)奇9;(2)偶9;
  如果是(1),则“奇9+偶1”是20的倍数;
  如果是(2),则“偶9+奇1”是20的倍数;
  于是问题得证。
  如图:
  


  3、如果X、Y中没有5,也没有0,而是1、2、3、4、6、7、8、9中的一个,类似于上面证明有两个个位数字都是1的情况,同理可证其他情况。
  综上所述,任意给定12个不同的自然数,其中必有两个数的和或差是20的倍数。
  (作者单位:561200贵州省安顺市民族师范学校)
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