(1)求证:1+2+22+1+2+2^{2}+…+25n−1(n∈N∗)+2^{5n-1}(n\in N^{*})能被3131整除; (2)求S=C271+C272+⋯+C2727S=C_{27}^{1}+C_{27}^{2}+⋯+C_{27}^{27}除以99的余数.

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完整解法

(1)

1. 利用等比数列求和公式将原式求和并化简

1+2+22+⋯+25n−1=25n−12−1=25n−11+2+2^{2}+\dots+2^{5n-1} = \frac{2^{5n}-1}{2-1} = 2^{5n}-1

2. 将化简后的式子改写,以便套用二项式定理

25n−1=(25)n−1=32n−1=(31+1)n−12^{5n}-1 = (2^{5})^{n}-1 = 32^{n}-1 = (31+1)^{n}-1

3. 利用二项式定理展开并提取公因数进行证明

根据二项式定理展开得:
(31+1)n−1=Cn0⋅31n+Cn1⋅31n−1+⋯+Cnn−1⋅31+Cnn−1(31+1)^{n}-1 = C_{n}^{0} \cdot 31^{n} + C_{n}^{1} \cdot 31^{n-1} + \dots + C_{n}^{n-1} \cdot 31 + C_{n}^{n} - 1
因为 Cnn=1C_{n}^{n} = 1,消去常数项后得:
31⋅(Cn0⋅31n−1+Cn1⋅31n−2+⋯+Cnn−1)31 \cdot (C_{n}^{0} \cdot 31^{n-1} + C_{n}^{1} \cdot 31^{n-2} + \dots + C_{n}^{n-1})
显然括号内为整数,故原式能被 3131 整除。

答案

证明如下:
1+2+22+⋯+25n−1=25n−1=32n−1=(31+1)n−11+2+2^{2}+\dots+2^{5n-1} = 2^{5n}-1 = 32^{n}-1 = (31+1)^{n}-1
根据二项式定理,展开得:
(31+1)n−1=Cn0⋅31n+Cn1⋅31n−1+⋯+Cnn−1⋅31+Cnn−1(31+1)^{n}-1 = C_{n}^{0} \cdot 31^{n} + C_{n}^{1} \cdot 31^{n-1} + \dots + C_{n}^{n-1} \cdot 31 + C_{n}^{n} - 1
由于 Cnn=1C_{n}^{n} = 1,上式可化为:
31⋅(Cn0⋅31n−1+Cn1⋅31n−2+⋯+Cnn−1)31 \cdot (C_{n}^{0} \cdot 31^{n-1} + C_{n}^{1} \cdot 31^{n-2} + \dots + C_{n}^{n-1})
因为 n∈N∗n \in \mathbb{N}^{*},所以括号内的式子为整数,因此原式能被 3131 整除。

(2)

1. 利用二项式系数和公式化简代数式 S

已知 C270+C271+C272+⋯+C2727=227C_{27}^{0}+C_{27}^{1}+C_{27}^{2}+\dots+C_{27}^{27} = 2^{27},
所以 S=C271+C272+⋯+C2727=227−C270=227−1S = C_{27}^{1}+C_{27}^{2}+\dots+C_{27}^{27} = 2^{27} - C_{27}^{0} = 2^{27} - 1。

2. 将 S 改写成含有 9 的底数形式

S=227−1=(23)9−1=89−1=(9−1)9−1S = 2^{27}-1 = (2^{3})^{9}-1 = 8^{9}-1 = (9-1)^{9}-1

3. 展开式子并求得除以 9 的余数

对 (9−1)9−1(9-1)^{9}-1 按二项式定理展开得:
(9−1)9−1=C90⋅99−C91⋅98+⋯+C98⋅9−C99−1(9-1)^{9}-1 = C_{9}^{0} \cdot 9^{9} - C_{9}^{1} \cdot 9^{8} + \dots + C_{9}^{8} \cdot 9 - C_{9}^{9} - 1
=9⋅(C90⋅98−C91⋅97+⋯+C98)−2= 9 \cdot (C_{9}^{0} \cdot 9^{8} - C_{9}^{1} \cdot 9^{7} + \dots + C_{9}^{8}) - 2
设整数 k=C90⋅98−C91⋅97+⋯+C98k = C_{9}^{0} \cdot 9^{8} - C_{9}^{1} \cdot 9^{7} + \dots + C_{9}^{8},则:
S=9k−2=9(k−1)+7S = 9k - 2 = 9(k-1) + 7
因此 SS 除以 99 的余数是 77。

答案

77

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