这道题来自华罗庚金杯赛。很多孩子拿到题就从头开始试,试到24才发现答案,耗时又容易错。其实,我们可以用“构造法”直接找到答案,一步到位。
🧠题目(适合5年级 | ★★★★★)
若连续的四个自然数都为合数,那么这四个数之和的最小值为( )。
A. 100 B. 101 C. 102 D. 103
🎯巧解:“质数间隔”构造法
第一步:关键观察
连续的四个自然数,如果其中包含一个质数,就不符合要求。所以我们要找一段连续四个数全不是质数的区域。
质数分布越来越稀疏,但开头的小数字里,质数比较密集。我们不需要盲目试,而是可以主动构造一个长度为4的合数区间。
第二步:利用阶乘构造合数
有一个经典结论:对于任意正整数n,从 (n+1)! + 2 到 (n+1)! + (n+1) 这n个连续整数都是合数。
因为 (n+1)! 能被1到n+1的所有数整除,所以 (n+1)! + k 能被 k 整除(2 ≤ k ≤ n+1),且大于k,因此是合数。
第三步:取n=4,构造连续4个合数
取 n=4,则 (4+1)! = 120。那么从 120+2=122 到 120+5=125 这四个数都是合数:
122 = 2×61
123 = 3×41
124 = 4×31
125 = 5×25
这样我们就找到了四个连续合数:122, 123, 124, 125。它们的和是122+123+124+125 = 494,但显然不是最小的。
第四步:找最小的连续四个合数
构造法虽然能保证找到,但不一定最小。要最小,我们需要从最小的自然数开始找,但可以利用质数间隙来判断。
已知质数序列:2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,...
观察相邻质数的差(质数间隙):
23和29之间差6,说明从24到28这5个数全是合数。
其中连续的四个有24,25,26,27(或25,26,27,28等)。
所以最小的连续四个合数一定出现在23之后。24,25,26,27正是23后的第一个合数块。它们的和=102。
第五步:为什么不用试更小的?
23之前,质数间隙最大是多少?最大间隙出现在7到11(差4),所以最多有3个连续合数(8,9,10),没有4个。因此最小的四个连续合数必然从大于23开始。
所以直接可以确定答案是102,无需试数。
✅最终答案:C. 102
🎨方法总结
质数间隙法:质数之间的间隔大小决定了连续合数的长度。找到第一个长度≥4的间隙,其后的第一个合数就是起始数。
构造法:利用阶乘可以构造任意长度的连续合数,但不一定最小。
本题技巧:质数23之后出现间隔6,得到四个合数24~27,和102。
🔥挑战升级
用同样的思路,找最小的连续五个合数之和。
(提示:质数间隙≥5出现在哪两个质数之间?)
💬今日一句
华杯赛的巧解,往往不是“试”出来的,而是“想”出来的。质数间隙,就是连续合数的密码。
明天见,继续来「奥数思维小课堂」挑战华杯赛~