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各位の和を見れば 3 と 9 はわかる〜4・8・11 の倍数も同じ仕組み

は で割り切れます。各位の和が で、 が の倍数だからです。

割り算は 1 度もしていません。 桁の数の判定が、1 桁の足し算だけで終わりました。同じことが 、、、 でも起きます。

10 のべきを余りに置きかえる

各位が 、、、 の 桁の数は、位ごとの重みを使って次のように書けます。

ある数 で割った余りを考えるとき、、、 をそのまま扱う必要はありません。それぞれを で割った余りに置きかえてよい[1]。

判定法はここから全部出ます。 のべきが でどんな余りになるか、それだけの話です。

の行はすべて 、 の行は と が交互。この違いが、和で見るか交代和で見るかの分かれ目になります。

3 と 9 は各位の和

を で割った余りは 。 も も同じで、 はすべて になります[1,2]。

だから 。もとの数と各位の和は、 で割った余りが同じです。

でも事情は変わりません。 なので、同じ議論がそのまま通ります。

和がまだ大きければ、その和にもう一度同じ操作を当てられます。 から が出て、 の倍数だと確定する。

例:3 と 9 を見分ける

の各位の和は 。 は の倍数なので、 も の倍数です。

いっぽう は の倍数ではありません。だから は では割り切れない。 で、余りは です。

で割り切れるが では割り切れない数は、この形で見分けられます。和を出したあと、 と の両方で確かめる。

例:余りまで読みとる

判定だけでなく、余りもそのまま出ます。 の各位の和は 、 を で割った余りは 。

したがって を で割った余りも です。実際 。

で割った余りも同じ手が使えます。 を で割ると余り なので、 の余りも 。

数各位の和9 で割った余り

4 と 8 は下の桁だけ

は で割り切れます。だから 以上の位は、 で割った余りにいっさい効きません[2]。

残るのは下 2 桁だけ。同じように なので、 の判定には下 3 桁だけを見ます。

で試します。下 2 桁は で の倍数、下 3 桁は で の倍数。どちらでも割り切れます。

例:4 と 8 で答えが分かれる

の下 2 桁は で、 の倍数。下 3 桁は で、 で割ると 余り です。

つまり は の倍数だが の倍数ではない。 で、 が奇数なので がもう 1 つとり出せません。

の判定なら下 4 桁を見ます。 だからです。 の判定には下 桁で足ります。

11 は交代和

を で割った余りは と見なせます。 なので、 とみて差し支えありません。

すると の余りは と を交互にくり返す。一の位から順に、足す、引く、足す、引くの並びになります[1,3]。

一の位から交互に符号を付けて足したものが、交代和。これが の倍数なら、もとの数も の倍数です。

例:11 の判定

の交代和は、一の位から 。 は の倍数なので、 も の倍数です。

割ると 。確かに割り切れました。

なら 。 も の倍数と数えるので、 で割り切れます。

例:交代和が負になるとき

の交代和は 。負の数でも判定は同じで、 の倍数なら割り切れます。

です。符号が気になるなら、逆向きに足し引きして としても結論は変わりません。

大きさだけを見るのが確実。 と のどちらで書いても、 で割り切れることに違いはない。

6 や 12 は組み合わせる

で、 と は互いに素です。だから の倍数かどうかは、 の倍数かつ の倍数かで決まります。

は偶数で、各位の和が なので の倍数。よって の倍数です。。

でも同じ。 は下 2 桁が で の倍数、各位の和が で の倍数なので、 の倍数になります。

組み合わせてよいのは、2 つの数が互いに素のときだけです。

と分けると失敗する。 と が共通因数を持つので、両方をみたしても の倍数とは限らない。

発展:7 と 11 と 13 をまとめて見る

という分解があります。 が、この 3 つで同時に成り立つ[1]。

だから数を右から 3 桁ずつ区切り、その区切りで交代和をとる。得られた値の余りが、もとの数の余りに一致します。

なら区切りは と で、交代和は 。、、 のすべてで割り切れます。

なら 。 を で割ると余り で、 の余りも です。

検算のしかた

判定した結果は、実際に割って確かめられます。 で割り切れ、 では余りが出る。

小さい数で公式を試すのも有効です。 の各位の和は 、 は 、 も 。 の段が並ぶのは偶然ではありません。

万の位から順に 、、、、 と並ぶ 5 桁の数が の倍数になるとき、 に入る数字はどれですか。

  • 1
  • 5
  • 2
__RESULT__

各位の和は です。 の倍数になるのは のときで、。 なら和が 、 なら で、どちらも の倍数ではありません。

よくある誤り

の倍数の判定を にも当てて、和が の倍数なら でも割り切れると考える。
の判定で下 1 桁だけを見る。 が の倍数なので、必要なのは下 2 桁です。
の判定で下 2 桁を見る。 は で割り切れないので足りません。
の交代和を左から始める。符号の付け方は一の位を起点にします。
交代和が負のときに の倍数でないと判断する。大きさだけを見ます。
の判定を と に分ける。互いに素な と に分けます。
判定に通ったあと、割り算での確認をしない。書き誤りはここで見つかります。

のべきを余りに置きかえる。この 1 つの見方から、 も も も も も出てきます。

参考

Divisibility rule - Wikipedia
Teilbarkeit - Wikipedia
Critère de divisibilité - Wikipédia
$123456789$ の各位を足すと $45$。これが $9$ の倍数なので、もとの数も $9$ で割り切れます。理屈は $10 \equiv 1 \pmod 9$ の一行で、$10$ のべきをすべて $1$ に置きかえてよいから。$100$ が $4$ の倍数だから下 2 桁、$1000$ が $8$ の倍数だから下 3 桁、$10 \equiv -1 \pmod{11}$ だから交代和。同じ見方が全部を出します。余りまで読みとる方法、$6$ と $12$ を分けるときの落とし穴、$1001 = 7 \times 11 \times 13$ を使う 3 桁区切りまで。