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进阶专题 · 第 39 章

下取整与上取整函数

向下取整、向上取整、留下小数部分:把取整变成不等式,把 x 拆成整数部分和小数部分,再数一数直线与阶梯的交点。

你需要先会
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39.00%

下取整、上取整与小数部分

在本节中,你将能够 使用 ⌊x⌋、⌈x⌉ 和 {x}:把下取整变成不等式,把 x 拆成两部分,并在图像上数交点。

有多少个正整数 nn 使 n+100070=⌊n⌋\frac{n + 1000}{70} = \lfloor \sqrt{n} \rfloor?一边是一条直线,另一边是一道阶梯。数一数它们在哪里相遇。

下取整 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 向下取整,上取整 ⌈x⌉\lceil x \rceil 向上取整,而 {x}{‘}x{’} 是剩下的部分。所以永远有 x=⌊x⌋+{x}x = \lfloor x \rfloor + {‘}x{’}。

注意:下取整同时是一个整数和一个不等式。如果 ⌊x⌋=k\lfloor x \rfloor = k,那么 kk 是整数,并且 k≤x<k+1k \le x < k + 1。本章几乎每道题都从这里开始。

式子变乱时,就画图。下取整函数的图像是一道阶梯,解就是另一条曲线穿过台阶的地方。

动手探索先玩,再学公式

y = ⌊x⌋ 的图像;当 x = 2.75 时:⌊x⌋ = 2,⌈x⌉ = 3,{x} = 0.75

−3−2−101234−4−2024x
⌊x⌋=2\lfloor x \rfloor = 2
⌈x⌉=3\lceil x \rceil = 3
{x}=0.75\{x\} = 0.75
1234{x} = 0.75⌊x⌋ = 2
⌊x⌋=2\lfloor x \rfloor = 2

y = ⌊x⌋ 的图像;当 x = 2.75 时:⌊x⌋ = 2,⌈x⌉ = 3,{x} = 0.75

认识概念

定义 39.0.1 · 下取整、上取整与小数部分函数

⌊x⌋=小于或等于 x 的最大整数\lfloor x \rfloor = \text{小于或等于 } x \text{ 的最大整数}
⌈x⌉=大于或等于 x 的最小整数\lceil x \rceil = \text{大于或等于 } x \text{ 的最小整数}
{x}=x 的小数部分(小数点后面的值)\{x\} = x \text{ 的小数部分(小数点后面的值)}

例如,⌊2.75⌋=2\lfloor 2.75 \rfloor = 2,⌈2.75⌉=3\lceil 2.75 \rceil = 3,{2.75}=0.75\{2.75\} = 0.75。遇到负数要小心:⌊−1.5⌋=−2\lfloor -1.5 \rfloor = -2,{−1.5}=0.5\{-1.5\} = 0.5,因为 {x}=x−⌊x⌋\{x\} = x - \lfloor x \rfloor。

概念 39.0.2 · 下取整与上取整问题的常用技巧

大多数下取整和上取整问题都可以用下面这些技巧解决。

  1. 代入 x=⌊x⌋+{x}x = \lfloor x \rfloor + \{x\}。
  2. 用下取整或上取整函数得到一个不等式。例如,如果已知 y=⌊x⌋y = \lfloor x \rfloor,那么 y≤x<y+1y \le x < y + 1。
  3. 画出方程的图像,寻找交点(建议用方格纸)。

看例题先预测,再揭晓

例 39.1

AIME

前 10001000 个正整数中,有多少个可以表示成

⌊2x⌋+⌊4x⌋+⌊6x⌋+⌊8x⌋\lfloor 2x \rfloor + \lfloor 4x \rfloor + \lfloor 6x \rfloor + \lfloor 8x \rfloor

的形式?其中 xx 是实数,⌊z⌋\lfloor z \rfloor 表示小于或等于 zz 的最大整数。

取整阶梯 (总数在例题最后一步揭晓)

第 1 个系数2
第 2 个系数4
第 3 个系数6
第 4 个系数8
S(x)=⌊2x⌋+⌊4x⌋+⌊6x⌋+⌊8x⌋S(x) = \lfloor 2x \rfloor + \lfloor 4x \rfloor + \lfloor 6x \rfloor + \lfloor 8x \rfloor
00.20.40.60.8105101520x
x=0: 0+0+0+0=0x = 0:\ 0 + 0 + 0 + 0 = 0
S 在一个单位内取到的值: 0 到 19 这 20 个值中的 12 个
012345678910111213141516171819
被跳过的值: 3, 7, 8, 9, 13, 17, 18, 19 · S(x + 1) = S(x) + 20:每 20 个数重复一次。
1 到 1,000 中被 S 取到的值: ? (例题最后一步揭晓)

⌊2x⌋ + ⌊4x⌋ + ⌊6x⌋ + ⌊8x⌋

  1. 1

    把这个和记作 S(x)S(x)。给 xx 加 11,四个下取整分别增加 2,4,6,82, 4, 6, 8。那么 S(x+1)−S(x)S(x + 1) - S(x) 是多少?

    先预测一下:
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例 39.2

AMC 10

设 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。有多少个实数 xx 满足方程 x2+10,000⌊x⌋=10,000xx^2 + 10{,}000\lfloor x \rfloor = 10{,}000x?

取整阶梯 (总数在例题最后一步揭晓)

━ y = {x}╌ y = x²/10000
−100−5005010000.20.40.60.81x
x = 30: {x} = 0 · x²/10000 = 0.09视图中的交点: ? (例题最后一步揭晓)

y = {x}, y = x²/10000 的图像

  1. 1

    把下取整项移到另一边,并利用 x−⌊x⌋={x}x - \lfloor x \rfloor = \{x\}。方程变成什么?

    先预测一下:
    点击一个选项,或输入它的字母(A–E)。
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例 39.3

AMC 10

有多少个正整数 nn 满足

n+100070=⌊n⌋?\dfrac{n + 1000}{70} = \lfloor \sqrt{n} \rfloor?

(⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示不超过 xx 的最大整数。)

取整阶梯 (总数在例题最后一步揭晓)

━ y = ⌊√n⌋╌ y = (n + 1000)/70
0500100015002000250001020304050n
n = 400: ⌊√n⌋ = 20 · (n + 1000)/70 = 20视图中的交点: ? (例题最后一步揭晓)

y = ⌊√n⌋, y = (n + 1000)/70 的图像

  1. 1

    右边是整数,所以 n+100070\frac{n + 1000}{70} 是某个整数 kk。用 kk 表示 nn。

    先预测一下:
    点击一个选项,或输入它的字母(A–E)。
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自己做

习题 39.1.1

AMC 10

满足 ⌊x⌋2−3x+2=0\lfloor x \rfloor^2 - 3x + 2 = 0 的不同的 xx 有多少个?其中 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。

阶梯 y = ⌊x⌋² 与 y = 3x − 2(−2 ≤ x ≤ 5):4 个交点

━ y = ⌊x⌋²╌ y = 3x − 2
−2−1012345−10−50510152025x
x = 1.5: ⌊x⌋² = 1 · 3x − 2 = 2.5

y = ⌊x⌋², y = 3x − 2 的图像

习题 39.1.2(补充题)

AMC 10

函数

f(x)=∣⌊x⌋∣−∣⌊1−x⌋∣f(x) = |\lfloor x \rfloor| - |\lfloor 1 - x \rfloor|

的图像关于下列哪一项对称?(这里 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示不超过 xx 的最大整数。)

点击一个选项,或输入它的字母(A–E)。

习题 39.1.4(补充题)

AMC 10

小猫 Cozy 和小狗 Dash 要爬一段有若干级台阶的楼梯。不过,它们都不是一级一级地走,而是跳。Cozy 每次跳上两级(必要时,最后一级就只跳一级)。Dash 每次跳上五级(必要时,如果剩下不到 55 级,就只跳剩下的几级)。假设 Dash 到达楼梯顶端所用的跳跃次数比 Cozy 少 1919 次。设 ss 为这段楼梯所有可能的台阶数之和。ss 的各位数字之和是多少?

竞赛角真实竞赛题

习题 39.1.3(补充题)

AMC 10

这道题在书中还以 22.1.13 的编号出现。

有多少个正整数 n≤1000n \le 1000 使得

⌊998n⌋+⌊999n⌋+⌊1000n⌋\left\lfloor \frac{998}{n} \right\rfloor + \left\lfloor \frac{999}{n} \right\rfloor + \left\lfloor \frac{1000}{n} \right\rfloor

不能被 33 整除?(⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。)

习题 39.1.5(补充题)

AIME

设实数 rr 满足

⌊r+19100⌋+⌊r+20100⌋+⌊r+21100⌋+⋯+⌊r+91100⌋=546.\left\lfloor r + \frac{19}{100} \right\rfloor + \left\lfloor r + \frac{20}{100} \right\rfloor + \left\lfloor r + \frac{21}{100} \right\rfloor + \cdots + \left\lfloor r + \frac{91}{100} \right\rfloor = 546.

求 ⌊100r⌋\lfloor 100r \rfloor。(对实数 xx,⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。)

习题 39.1.6(补充题)

AIME

有多少个小于 10001000 的正整数 NN,使得关于 xx 的方程 x⌊x⌋=Nx^{\lfloor x \rfloor} = N 有解?

习题 39.1.7(补充题)

AIME

对非负实数 xx,用 ⟨x⟩\langle x \rangle 表示 xx 的小数部分,即 ⟨x⟩=x−⌊x⌋\langle x \rangle = x - \lfloor x \rfloor,其中 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。设 aa 为正数,⟨a−1⟩=⟨a2⟩\langle a^{-1} \rangle = \langle a^2 \rangle,且 2<a2<32 < a^2 < 3。求 a12−144a−1a^{12} - 144a^{-1} 的值。

习题 39.1.9(补充题)

AIME

求最小的正整数 kk,使得方程 ⌊2002n⌋=k\left\lfloor \dfrac{2002}{n} \right\rfloor = k 没有整数解 nn。(记号 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。)

习题 39.1.10(补充题)

AIME

求满足下面条件的小于 10001000 的正整数 nn 的个数:存在正实数 xx,使得 n=x⌊x⌋n = x\lfloor x \rfloor。注:⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。

习题 39.1.13(补充题)

AIME

对实数 aa,用 ⌊a⌋\lfloor a \rfloor 表示小于或等于 aa 的最大整数。设 R\mathcal{R} 为坐标平面上由满足 ⌊x⌋2+⌊y⌋2=25\lfloor x \rfloor^2 + \lfloor y \rfloor^2 = 25 的点 (x,y)(x, y) 组成的区域。区域 R\mathcal{R} 完全包含在一个半径为 rr 的圆盘中(圆盘是圆与其内部的并集)。rr 的最小值可以写成 mn\frac{\sqrt{m}}{n},其中 mm 和 nn 是整数,且 mm 不能被任何质数的平方整除。求 m+nm + n。

过关检测(第 39.0 节)

3 题中答对 2 题即可掌握本节。每题只有一次机会,没有提示。
1

求 ⌊−2.3⌋+⌈−2.3⌉\lfloor -2.3 \rfloor + \lceil -2.3 \rceil。

2

解方程 x+⌊x⌋=8.4x + \lfloor x \rfloor = 8.4,求 xx。

3

有多少个正整数 nn 满足 ⌊n⌋=5\lfloor \sqrt{n} \rfloor = 5?

39.1

练习题

在本节中,你将能够 把取整与平均数、立方根和计数论证结合起来。

最后这四道题把取整藏在别的东西里:平均数和众数、立方根、一道熟悉的阶梯,以及三个合起来确定一个数的下取整。每道题都有三条提示,卡住了就看看。

想在一页上看到本章的所有题目?打开习题集。

竞赛角真实竞赛题

习题 39.1.8(补充题)

AIME

这道题在书中还以 18.1.14 的编号出现。

给定一个由 121121 个整数组成的样本,每个数都在 11 到 10001000 之间(含两端),允许重复。这个样本有唯一的众数(出现次数最多的值)。设 DD 为众数与样本算术平均数之差。⌊D⌋\lfloor D \rfloor 的最大可能值是多少?(对实数 xx,⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。)

习题 39.1.11(补充题)

AIME

对实数 xx,用 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于 xx 的最大整数。对某个整数 kk,恰好有 7070 个正整数 n1,n2,…,n70n_1, n_2, \ldots, n_{70},使得

k=⌊n13⌋=⌊n23⌋=⋯=⌊n703⌋k = \lfloor \sqrt[3]{n_1} \rfloor = \lfloor \sqrt[3]{n_2} \rfloor = \cdots = \lfloor \sqrt[3]{n_{70}} \rfloor

并且对所有满足 1≤i≤701 \le i \le 70 的 ii,kk 都整除 nin_i。求 nik\dfrac{n_i}{k}(1≤i≤701 \le i \le 70)的最大值。

习题 39.1.12(补充题)

AMC 12

这道题在书中还以 39.3 的编号出现。

有多少个正整数 nn 满足

n+100070=⌊n⌋?\dfrac{n + 1000}{70} = \lfloor \sqrt{n} \rfloor?

(⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示不超过 xx 的最大整数。)

习题 39.1.14(补充题)

AIME挑战

求满足下面条件的正整数 n≤600n \le 600 的个数:已知 ⌊n4⌋\left\lfloor \frac{n}{4} \right\rfloor、⌊n5⌋\left\lfloor \frac{n}{5} \right\rfloor 和 ⌊n6⌋\left\lfloor \frac{n}{6} \right\rfloor 的值时,它的值可以被唯一确定。其中 ⌊x⌋\lfloor x \rfloor 表示小于或等于实数 xx 的最大整数。