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77 的 88 次方的末位數位是多少?

2020-04-03知識

首先, 7^{1}=7 , 7^{2}=49 , 7^{3}=343 , 7^{4}=2401 , 7^{5}=16807 , ...

可以看出, 7^{n} 的尾數只能是: 1 , 3 , 7 , 9 .

也大致看得出,7^{2k} 的末位數是 1 或 9 ; 7^{2k+1} 的末位數是 3 或 7 ,因此我們可以選擇關註末位數 1 和 9 ,而我們可以先猜測 77^{88} 的末位數是 1 。

\text{Solution} 1.

先定義:把 \left( 77×77 \right) 叫「一對 77 」;把 \left[ \left( 77×77 \right)×\left( 77×77 \right) \right] 叫「一組 77 」.

那麽則知:

77^{88}=\overbrace{77×77×\cdots×77}^{88個}\\=\overbrace{\left( 77×77 \right)×\cdots×\left( 77×77 \right)}^{44對}\\=\overbrace{\left[ \left( 77×77 \right)×\left( 77×77 \right) \right]×\cdots×\left[ \left( 77×77 \right)×\left( 77×77 \right) \right]}^{22組}

對於 每一組 77 ,基於 7^{4}=2401 ,則知末位數是 1 ,從而不管後面有多少組 77 相乘,結果都會是末位數為 1 ,因此 77^{88} 的末位數是 1 ,即 77^{88}\equiv1\left( \text{mod}10 \right) .

\text{Solution} 2.

\large77^{88}=\left( 7×11 \right)^{88}\\\large=7^{88}×11^{88}\\\large=\overbrace{7×7×\cdots×7}^{88個}×\overbrace{11×11×\cdots×11}^{88個}

對於 \overbrace{11×11×\cdots×11}^{88個} ,末尾肯定是 1 ,所以可以舍去不看,因此只需要觀察 \overbrace{7×7×\cdots×7}^{88個} ,采用前面 \text{Solution} 1. 的方法,同樣會看出這個結果的末位數是 1 ,從而知 77^{88} 的末位數位就是 1 。

\text{Solution} 3.

基於\left( a+b \right)^{n}=\sum_{k=0}^{n}{\left( \begin{matrix} n\\ k\\ \end{matrix} \right)}a^{k}b^{n-k} ,我們讓 77^{88}=\left( 80-3 \right)^{88} ,從而知, \left( 80-3 \right)^{88}=\sum_{k=0}^{88}{\left( \begin{matrix} 88\\ k\\ \end{matrix} \right)}80^{k}\left( -3 \right)^{88-k} ,我們只需要檢視 {\left( \begin{matrix} 88\\ 0\\ \end{matrix} \right)}80^{0}\left( -3 \right)^{88-0}=3^{88} 這一項,即 3^{88} 的末位數就是 77^{88} 的末位數。

顯然, 3^{88}=\overbrace{\left[ \left( 3×3 \right)×\left( 3×3 \right) \right]×\cdots×\left[ \left( 3×3 \right)×\left( 3×3 \right) \right]}^{22組} ,每一組 3 都是等於 81 ,從而知道不管有多少組相乘,其結果的末位數一定是 1 ,因此知 77^{88} 的末位數位是 1 。

\text{Solution} 4.

我們知道,若

\large a\equiv b\left( \text{mod}m \right)\\\large c\equiv d\left( \text{mod}m \right)

則會有 ac\equiv bd\left( \text{mod}m \right) .

因此,基於 77^{4}=35153041\equiv1\left( \text{mod}10 \right) ,那麽只要一直乘下去,就會有:

\left( 77^{4} \right)^{22}\equiv 1^{22}\left( \text{mod}10 \right) ,即 77^{88}\equiv 1\left( \text{mod}10 \right) ,這當然就是說 77^{88} 的末位數位是 1 。

\text{Solution} 5.

歐拉定理:

若 m\in \mathbb{Z}_{+}\wedge a\in \mathbb{Z}\wedge \text{gcd}\left( a,m \right)=1 ,則有 a^{\phi\left( m \right)}\equiv1\left( \text{mod}m \right) .( \phi 是歐拉函式).

使用這個定理,讓 a=77 , m=10 ,顯然 \text{gcd}\left( 77,10 \right)=1 ,且知 \phi\left( 10 \right)=4 ,所以就有 77^{4}\equiv 1\left( \text{mod}10 \right) ,使用 \text{Solution} 4. 的方法,則知 \left( 77^{4} \right)^{22}\equiv 1^{22}\left( \text{mod}10 \right) ,所以 77^{88}\equiv 1\left( \text{mod}10 \right) 。

\text{Solution} 6.

使用一個定理:給出同余聯立方程式組:

\large x\equiv a_{1}\left( \text{mod}m_{1} \right)\\\large x\equiv a_{2}\left( \text{mod}m_{2} \right)\\\cdots \\\large x\equiv a_{r}\left( \text{mod}m_{r} \right)

那麽這個同余聯立方程式組的解將由 x\equiv a_{1}M_{1}^{\phi\left( m_{1} \right)}+a_{2}M_{2}^{\phi\left( m_{2} \right)}+\cdots+a_{r}M_{r}^{\phi\left( m_{r} \right)}\left( \text{mod}M \right) 給出,其中 m_{j} 兩兩互質, M=m_{1}m_{2}\cdots m_{r} , M_{j}=\frac{M}{m_{j}} , j=1,2,\cdots,r .

那麽,基於這個定理,就可以知道,如果我們有

\large x\equiv 1\left( \text{mod}2 \right)\\ \large x\equiv 1\left( \text{mod}5 \right)

那麽基於 \text{gcd}\left( 2,5 \right)=1 也就會有:

x\equiv 5^{\phi\left( 2 \right)}+2^{\phi\left( 5 \right)}\left( \text{mod}\left( 2×5 \right) \right) ,而易知 5^{\phi\left( 2 \right)}+2^{\phi\left( 5 \right)}=5^{1}+2^{4}=21 ,所以可以推出 x\equiv 21\equiv1\left( \text{mod}10 \right) .【記此推論為 J 】

此時,由於 77\equiv1\left( \text{mod}2 \right) ,因此使用 \text{Solution} 4. 的方法則知 77^{88}\equiv 1^{88}\equiv1\left( \text{mod}2 \right) .

又由於 77^{4}=35153041 ,因此 77^{4}\equiv1\left( \text{mod}5 \right) ,從而 \left( 77^{4} \right)^{22}\equiv77^{88}\equiv 1^{22}\equiv1\left( \text{mod}5 \right) .

所以,總體上我們有:

\large 77^{88}\equiv1\left( \text{mod}2 \right)\\\large 77^{88}\equiv1\left( \text{mod}5 \right)

那麽基於【推論 J 】,也就知道有 77^{88}\equiv1\left( \text{mod}10 \right) ,所以 77^{88} 的末位數位是 1 。