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Arithmetic · real student question

設 X = {5, 6, …, 200},X 中有幾個元素能被 2 或被 5 整除?

Question

設 X={5,6,…,200}X=\{5,6,\ldots,200\}。XX 中有幾個元素能被 22 或被 55 整除?

Step-by-step solution

  1. 選用排容原理,並且把「或」讀成可以同時成立。 設 AA 是 XX 裡 22 的倍數所成的集合,BB 是 55 的倍數所成的集合。「能被 22 或 55 整除」指的就是 A∪BA\cup B,而

    ∣A∪B∣=∣A∣+∣B∣−∣A∩B∣|A\cup B|=|A|+|B|-|A\cap B|

    那個減號很要緊:像 1010、2020、3030 這些數同時在兩張清單裡,不能算兩次。

  2. 數 2 的倍數。 用 ⌊2002⌋−⌊42⌋\big\lfloor \tfrac{200}{2}\big\rfloor-\big\lfloor \tfrac{4}{2}\big\rfloor —— 不超過 200200 的倍數,減去不超過 44 的倍數(也就是落在範圍起點之前的那些):

    ∣A∣=100−2=98|A|=100-2=98

    (被扣掉的是 22 與 44;清單是 6,8,…,2006,8,\ldots,200。)

  3. 數 5 的倍數。

    ∣B∣=⌊2005⌋−⌊45⌋=40−0=40|B|=\left\lfloor\frac{200}{5}\right\rfloor-\left\lfloor\frac{4}{5}\right\rfloor=40-0=40

    (清單是 5,10,…,2005,10,\ldots,200,而 55 本身就落在範圍內。)

  4. 數重疊的部分。 同時能被 22 與 55 整除的數,就是能被 lcm⁡(2,5)=10\operatorname{lcm}(2,5)=10 整除的數:

    ∣A∩B∣=⌊20010⌋−⌊410⌋=20−0=20|A\cap B|=\left\lfloor\frac{200}{10}\right\rfloor-\left\lfloor\frac{4}{10}\right\rfloor=20-0=20

  5. 套進公式。

    ∣A∪B∣=98+40−20=118|A\cup B|=98+40-20=118

    118\boxed{118}

  6. 用補集交叉檢查。 集合 XX 共有 200−5+1=196200-5+1=196 個元素。在連續 1010 個整數之中,與 1010 互質的有 44 個(結尾是 1,3,7,91,3,7,9 的那些);從 55 到 200200 有 1919 個完整的十位段 1111–200200 再減去…… 更直接地說,55 到 200200 之間結尾是 1,3,7,91,3,7,9 的數共有 7878 個(先是 7,97,9 這兩個,再加上 1919 個十位段 1111–200200 每段四個:2+4×19=782+4\times 19=78)。於是 196−78=118196-78=118,吻合。

Answer

118118

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