22. (12分)小敏和小华对一些四位数$\overline{abcd}$(a,b,c,d均为不超过9的正整数)进行了观察、猜想,请你帮助他们一起完成探究.
(1) 这个四位数可用含$a,b,c,d$的代数式表示为
$1000a+100b+10c+d$
.
(2) 小敏尝试将一些四位数倒排后,再与原数相加,发现和都为11的倍数.
例如: $1234 + 4321 = 5555 = 505 × 11$, $4258 + 8524 = 12782 = 1162 × 11$.
你认为上述结论对于一般的($\overline{abcd} + \overline{dcba}$)也成立吗?请说明理由.
(3) 小华猜想:若一个整数的奇位数字之和与偶位数字之和的差能被11整除,则这个数能被11整除.
例如:判断491678能不能被11整除.
奇位数字的和$8+6+9=23$,偶位数字的和$7+1+4=12$, $23-12=11$,因此,491678能被11整除.这种方法叫奇偶位差法.
请你帮小华证明猜想:对于一个四位数$\overline{abcd}$(a,b,c,d均为不超过9的正整数),若满足$(b+d)-(a+c)=11$,则该四位数$\overline{abcd}$能被11整除.
解析:
【分析】
(1) 四位数各数位对应不同计数单位:千位计数单位是1000,百位是100,十位是10,个位是1,将各数位数字乘对应计数单位再相加,即可得到四位数的代数式表示;
(2) 要判断两数和是否为11的倍数,先分别写出原四位数和倒排后四位数的代数式,将两数相加后整理整式,若能提取公因式11,即可证明和是11的倍数;
(3) 要证明四位数能被11整除,可将四位数的代数式拆分为11的倍数的整式部分和剩余部分,已知剩余部分$(b+d)-(a+c)=11$也是11的倍数,即可推出整个四位数是11的倍数。
【解析】
(1) 千位数字$a$对应$1000a$,百位数字$b$对应$100b$,十位数字$c$对应$10c$,个位数字$d$对应$d$,因此四位数可表示为$1000a+100b+10c+d$。
(2) 上述结论成立,理由如下:
已知四位数$\overline{abcd}=1000a+100b+10c+d$,倒排后得到的四位数$\overline{dcba}=1000d+100c+10b+a$,
两数相加可得:
$\begin{aligned}\overline{abcd}+\overline{dcba}&=(1000a+100b+10c+d)+(1000d+100c+10b+a)\\&=1001a+110b+110c+1001d\\&=11×(91a+10b+10c+91d)\end{aligned}$
因为$91a+10b+10c+91d$为整数,所以$\overline{abcd}+\overline{dcba}$是11的倍数,结论成立。
(3) 证明如下:
将四位数$\overline{abcd}$的代数式变形:
$\begin{aligned}\overline{abcd}&=1000a+100b+10c+d\\&=a×(1001-1)+b×(99+1)+c×(11-1)+d\\&=1001a -a +99b +b +11c -c +d\\&=11×(91a+9b+c)+[(b+d)-(a+c)]\end{aligned}$
已知$(b+d)-(a+c)=11$,代入上式得:
$\overline{abcd}=11×(91a+9b+c)+11=11×(91a+9b+c+1)$
因为$91a+9b+c+1$为整数,所以四位数$\overline{abcd}$能被11整除,猜想成立。
【答案】
(1) $1000a+100b+10c+d$;
(2) 成立,理由见解析;
(3) 猜想成立,证明见解析。
【知识点】
1. 数位的代数式表示;2. 整式的加减运算;3. 整除的判定
【点评】
本题以四位数的数位特征为探究载体,既考查了代数式的基础应用和整式加减的运算能力,也引导学生掌握从特殊到一般的逻辑推理方法,有助于提升学生的代数推理和知识迁移能力。
【难度系数】
0.7