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Theory
Multipli, divisori, numeri primi, MCD e mcm
Che cosa sono multipli e divisori, come si riconosce senza fare la divisione se un numero è divisibile per 2, 3, 4, 5, 9, 10, 11 e 25, che cosa sono i numeri primi, come si scompone un numero in fattori primi e come si calcolano massimo comune divisore e minimo comune multiplo, anche nei problemi con piastrelle, turni e confezioni.
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Multipli e divisori
Siano e due numeri naturali, con diverso da . Il numero è multiplo di se si ottiene moltiplicando per un numero naturale, cioè se per un opportuno numero naturale . In questo caso si dice anche che è un divisore di , oppure che è divisibile per .
In altre parole, è un divisore di quando la divisione ha resto . Per esempio , quindi è multiplo di , e è un divisore di . Invece non è multiplo di , perché dà quoziente e resto , dato che .
I multipli di 3
I multipli di si ottengono moltiplicando per , , , e così via:
L’elenco continua senza fine, perché si può sempre moltiplicare per un numero più grande. Sulla retta dei numeri i multipli di si trovano partendo da e avanzando ogni volta di unità.
I divisori di 12
I divisori di un numero diverso da sono invece in numero finito, perché nessun divisore supera il numero stesso. Per trovare i divisori di si cercano le coppie di numeri che moltiplicati danno :
Quindi i divisori di sono . Le stesse coppie sono i lati dei rettangoli che si possono costruire con quadratini uguali.
I numeri 0 e 1
Il numero è un divisore di ogni numero naturale , perché . Ogni numero diverso da è divisore di sé stesso, per lo stesso motivo. Il numero è multiplo di ogni numero , perché . Lo zero invece non è divisore di alcun numero, perché la divisione per non ha significato, come si è visto nell’argomento sui numeri naturali.
Somma e differenza di multipli
Se due numeri sono multipli di , allora anche la loro somma è multipla di , e lo stesso vale per la loro differenza (il numero maggiore meno il minore).
Per esempio e sono multipli di . Per la proprietà distributiva si ha , quindi anche è multiplo di . Allo stesso modo . Questa proprietà è la ragione per cui valgono i criteri di divisibilità.
Criteri di divisibilità
1. Divisibilità per 2, 5 e 10
Un numero naturale è divisibile:
- per se la sua ultima cifra è , , , oppure ;
- per se la sua ultima cifra è oppure ;
- per se la sua ultima cifra è .
Un criterio di divisibilità è una regola che dice se una divisione ha resto senza eseguirla. I numeri divisibili per si chiamano pari, gli altri dispari. Per esempio è pari, perché termina con , mentre non è divisibile per né per . Il numero è divisibile per , perché termina con , e non per .
La regola vale perché un numero è formato dalle sue decine più la cifra delle unità. Per esempio , e è multiplo di , quindi anche di e di . Perciò la divisibilità dipende soltanto dall’ultima cifra.
2. Divisibilità per 4 e per 25
Un numero naturale con almeno tre cifre è divisibile:
- per se il numero formato dalle sue ultime due cifre è divisibile per ;
- per se termina con , , oppure .
Il motivo è lo stesso del criterio precedente, con le centinaia al posto delle decine. Il numero si scrive , e è multiplo di e di . Poiché , il numero è divisibile per . Invece non è multiplo di , perciò non è divisibile per . Il numero è divisibile per , perché termina con .
Attenzione
Per il si guardano le ultime due cifre. Il numero termina con , ma non è divisibile per , perché dà quoziente e resto .
3. Divisibilità per 3 e per 9
Un numero naturale è divisibile per se la somma delle sue cifre è divisibile per , ed è divisibile per se la somma delle sue cifre è divisibile per .
Per esempio ha somma delle cifre . Poiché è multiplo di , il numero è divisibile per , e quindi anche per . Il numero ha somma delle cifre , che non è multiplo di , perciò non è divisibile per .
Dimostrazione
L’idea è scrivere il numero separando le sue cifre. Per si ha
I numeri , e sono multipli di , quindi il primo gruppo di addendi è multiplo di e anche di . Il secondo gruppo è la somma delle cifre, cioè . Per la proprietà della somma di multipli, se anche è multiplo di allora tutto il numero è multiplo di . Se invece la somma delle cifre non è multipla di , il numero non lo è, perché altrimenti la somma delle cifre, che è la differenza tra il numero e il primo gruppo, sarebbe multipla di . Lo stesso ragionamento vale con al posto di .
4. Divisibilità per 11
Si numerano le cifre di un numero da destra, partendo dalle unità, che occupano il posto . Il numero è divisibile per se la differenza tra la somma delle cifre di posto dispari e la somma delle cifre di posto pari (la maggiore meno la minore) è oppure un multiplo di .
Per esempio, in le cifre di posto dispari sono e , con somma , e quelle di posto pari sono e , con somma . La differenza è , quindi è divisibile per ; infatti . Nel numero le due somme sono e , con differenza , perciò anche è divisibile per , e infatti . La regola si giustifica come quella del , usando il fatto che , e , dove e sono multipli di .
Numeri primi e composti
1. Numeri primi e numeri composti
Un numero naturale maggiore di si dice primo se ha esattamente due divisori, cioè e sé stesso. Un numero maggiore di che ha altri divisori si dice composto.
Per esempio è primo, perché i suoi unici divisori sono e . Il numero è composto, perché è divisibile anche per e per . Il numero non è primo né composto, perché ha un solo divisore. I numeri primi servono a costruire tutti gli altri numeri con la moltiplicazione, come si vede nella scomposizione in fattori primi.
2. Crivello di Eratostene
Il crivello di Eratostene è un metodo per trovare tutti i numeri primi fino a un numero fissato. Si scrivono i numeri da in poi e si ripetono due passi:
- si prende il primo numero dell’elenco che non è cancellato, e quel numero è primo;
- si cancellano tutti i suoi multipli successivi.
Fino a si cancellano i multipli di (cioè , , , …), poi i multipli di (, , , …, perché quelli pari sono già cancellati), poi quelli di e di . Dopo il non resta nulla da cancellare, perché il primo multiplo di non ancora cancellato sarebbe , che supera . I numeri rimasti sono i primi minori di :
3. Come si riconosce un numero primo
Per stabilire se un numero è primo si divide per i numeri primi , , , , , … in ordine. Ci si ferma quando si arriva a un numero primo che, moltiplicato per sé stesso, supera , e quel numero non si prova. Se nessuna delle divisioni eseguite ha resto , il numero è primo.
La prova si ferma lì per questo motivo. Se è composto, si scrive come prodotto di due fattori maggiori di , con minore o uguale a . Allora non supera . Un fattore primo di non supera , quindi neanche supera , e perciò si trova tra i numeri provati. Poiché divide e divide , la divisione di per ha resto . Per esempio, per si provano , , e , dato che supera . Nessuna di queste divisioni ha resto , quindi è primo. Per la prova con dà , perciò è composto.
Scomposizione in fattori primi
Ogni numero naturale maggiore di si scrive come prodotto di numeri primi, e questo prodotto è unico, a meno dell’ordine dei fattori. I fattori uguali si raccolgono in una potenza, per esempio .
Scomporre un numero in fattori primi significa scriverlo in questa forma. Per esempio . Se si parte da oppure da si ottengono sempre gli stessi fattori, perché e . La scomposizione serve per calcolare il massimo comune divisore e il minimo comune multiplo, e per semplificare le frazioni, come si vede nell’argomento sulle frazioni.
Schema in colonna
La scomposizione si esegue con uno schema in colonna. Si scrive il numero a sinistra di una linea verticale. A destra si scrive il più piccolo numero primo che lo divide, e sotto il numero si scrive il quoziente. Si ripete con il quoziente finché si arriva a . Per :
I fattori primi sono i numeri della colonna di destra, quindi . Per scegliere il divisore a ogni riga si usano i criteri di divisibilità. Il numero termina con , quindi è pari. Il numero è dispari e ha somma delle cifre , quindi è divisibile per .
Scomposizione di 1 386
Il numero è pari, quindi si divide per e si ottiene . La somma delle cifre di è , quindi è divisibile per e . Anche ha somma delle cifre multipla di , cioè , e . Infine , perciò .
Massimo comune divisore
Un divisore comune di due o più numeri è un numero che li divide tutti. Il massimo comune divisore di due o più numeri è il più grande dei loro divisori comuni. Il massimo comune divisore di e si indica con .
Per esempio i divisori di sono e i divisori di sono . I divisori comuni sono , quindi . Il massimo comune divisore serve quando si dividono quantità diverse in parti uguali, le più grandi possibili.
Calcolo del MCD con la scomposizione
Il massimo comune divisore di due o più numeri è il prodotto dei soli fattori primi comuni a tutte le scomposizioni, ciascuno preso con l’esponente minore.
Per esempio e . I fattori comuni sono e ; il compare con esponente in entrambi e il con esponente . Quindi
Con i numeri grandi questo metodo evita di scrivere gli elenchi completi dei divisori.
Dimostrazione
Un divisore di si ottiene moltiplicando alcuni dei fattori primi di . Per esempio e sono divisori di . Un divisore di quindi contiene solo i fattori , e , con il al più due volte. Un divisore comune di e di può contenere soltanto i fattori presenti in entrambe le scomposizioni, cioè e , e ciascuno non più volte di quante compare nel numero che ne ha meno. Il più grande si ottiene prendendo tutti questi fattori, cioè .
MCD di tre numeri
Si calcola . Le scomposizioni sono
I fattori comuni a tutti e tre sono , e . Il compare solo in , quindi non entra nel MCD. L’esponente minore del è , perché compare con esponente in e in ; per lo stesso motivo anche il si prende con esponente . Perciò .
Minimo comune multiplo
Un multiplo comune di due o più numeri è un numero che è multiplo di tutti. Il minimo comune multiplo di due o più numeri diversi da è il più piccolo dei loro multipli comuni diversi da . Il minimo comune multiplo di e si indica con .
Per esempio i multipli di sono e i multipli di sono . I multipli comuni diversi da sono , quindi . Si esclude lo perché è multiplo di ogni numero. I multipli comuni trovati sono proprio i multipli di , e in generale i multipli comuni di due o più numeri sono i multipli del loro minimo comune multiplo. Il minimo comune multiplo serve per gli eventi che si ripetono a intervalli regolari e per sommare le frazioni, come si vede nell’argomento sulle frazioni.
1. Calcolo del mcm con la scomposizione
Il minimo comune multiplo di due o più numeri è il prodotto di tutti i fattori primi delle scomposizioni, comuni e non comuni, ciascuno preso una sola volta con l’esponente maggiore.
Con e i fattori che compaiono sono , , e . Il ha esponente massimo e gli altri hanno esponente . Quindi
Dimostrazione
Un multiplo di deve contenere nella sua scomposizione tutti i fattori di , cioè , e . Un multiplo di deve contenere , e . Un multiplo comune deve quindi contenere , , e , e il più piccolo è quello che non contiene altri fattori, cioè . Infatti e .
2. Prodotto di MCD e mcm
Per due numeri naturali e diversi da vale
Per e si ha e anche . La regola vale perché ogni fattore primo compare nel MCD con l’esponente minore e nel mcm con l’esponente maggiore, quindi nel prodotto compare con la somma dei due esponenti, come nel prodotto . Il fattore , per esempio, compare in e non in ; nel MCD non c’è e nel mcm compare una volta, come in . La regola permette di controllare i calcoli, oppure di trovare il mcm dal MCD. Per esempio , quindi .
Attenzione
La regola vale per due numeri. Per tre numeri il prodotto di MCD e mcm in generale è diverso dal prodotto dei numeri. Con , e si ha e , quindi , mentre .
Numeri primi tra loro
Due numeri naturali si dicono primi tra loro se il loro massimo comune divisore è , cioè se l’unico divisore comune è .
Per esempio e sono primi tra loro, perché le loro scomposizioni non hanno fattori comuni. Invece e non sono primi tra loro, perché . Per due numeri primi tra loro il MCD vale , quindi per la regola del prodotto di MCD e mcm si ha . Per esempio .
Attenzione
Due numeri primi tra loro possono essere entrambi composti. Il numero e il numero sono composti, eppure sono primi tra loro. Due numeri primi diversi, come e , sono invece sempre primi tra loro, perché ciascuno ha come divisori solo e sé stesso.
Numeri consecutivi
Due numeri consecutivi, come e , sono sempre primi tra loro. Un divisore comune di e divide anche la loro differenza, per la proprietà della differenza di multipli, e la differenza è . Poiché l’unico divisore di è , il MCD vale . Infatti e non hanno fattori comuni.
Problemi con MCD e mcm
Problemi con il MCD
Il massimo comune divisore risponde ai problemi in cui quantità diverse si dividono in parti uguali, le più grandi possibili, senza avanzi.
Un pavimento rettangolare misura cm per cm e si vuole coprire con piastrelle quadrate uguali, le più grandi possibili, senza tagliarle. Il lato della piastrella deve essere un divisore di , così che le piastrelle stiano in un numero intero lungo il lato lungo, e anche un divisore di , per il lato corto. Il lato massimo è quindi . Poiché e , si ha
Le piastrelle hanno lato cm. Ne stanno lungo il lato lungo e lungo il lato corto, quindi servono piastrelle.
Allo stesso modo, con penne e matite si preparano al massimo astucci uguali, ciascuno con penne e matite.
Problemi con il mcm
Il minimo comune multiplo risponde ai problemi in cui due o più eventi si ripetono a intervalli regolari e si chiede quando si ripresentano insieme, oppure quando si cerca la quantità più piccola che si può formare con confezioni di misure diverse.
Luca fa il turno di notte ogni giorni e Sara ogni giorni, e stanotte lavorano entrambi. I turni di Luca cadono dopo giorni, cioè nei multipli di ; quelli di Sara nei multipli di . Il primo giorno in cui lavorano di nuovo insieme è quindi il più piccolo multiplo comune. Poiché e , si ha , e il prossimo turno comune è fra giorni.
Il mcm è maggiore o uguale a ciascuno dei numeri dati e il MCD è minore o uguale. Questo fatto permette di controllare se il risultato di un problema ha senso.