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初一数学·约 13 分钟·二维图解

乘方的末位数字:转盘每几格转回来

从 3 的乘方末位发现 4 个一循环,把循环画成转盘,用指数除以周期定落点;换底数先写循环再做除法。

题目

不用把大数算出来,只研究末位数字。

  1. 依次写出 313^1 到 383^8 的末位数字,找出循环的周期;再求 320213^{2021} 的末位数字。
  2. 720247^{2024} 的末位数字是多少?说明指数除以周期后的余数怎样决定落点。
  3. 底数换成 4:先写出 4 的若干次乘方的末位,它的周期和 3 一样吗?420254^{2025} 的末位数字是多少?

答案:3 的循环是 3、9、7、1,周期 4;3²⁰²¹ 的末位是 3。7²⁰²⁴ 的末位是 1(余 0 落在组末)。4 的循环只有 4、6 两个,4²⁰²⁵ 的末位是 4。

核心:末位数字不需要把大数算出来——每次乘法,新的末位只由上一次的末位决定。写出循环,再用指数除以周期找落点,和周期课找图形是同一件事。

播放时先看 3 的前 8 个末位怎样 4 个一循环,再看转盘怎样用余数定落点。

互动演示正在加载。下方可直接展开每一步的图解。

按步骤看图,自己说出理由

点开一步,先指着图说“这一部分为什么这样数”,再读说明。上方动画使用相同步骤,可逐步播放。

1.末位只由上一次的末位决定
项号与对应的数
项号第 1 项第 2 项第 3 项第 4 项第 5 项第 6 项第 7 项第 8 项
数值39713971

3¹、3²、……、3⁸ 的末位:3、9、7、1、3、9、7、1——每 4 个一循环

要算三的二千零二十一次方,笔算根本写不下。但题目只问末位数字,而末位有自己的脾气:每次再乘一个三,新的末位只由上一次的末位决定。把三的一次方到八次方的末位写出来:三、九、七、一、三、九、七、一。看,每四个一循环。

2.循环画成转盘
3第 1 格9第 2 格7第 3 格1第 4 格

5÷4 余 1 → 第 1 格 → 3

转盘按乘一次转一格:只把上一位的末位数字乘底数再取个位,不写大数。

把循环画成转盘:三,乘一次转一格到九,再转到七,再转到一,再转又回到三。乘一次转一格,转盘永不停。所以问很远的一次方,只要知道转了很多格以后,停在第几格。

3.指数除以周期,余数定落点
3第 1 格9第 2 格7第 3 格1第 4 格

2021÷4 余 1 → 第 1 格 → 3

转盘按乘一次转一格:只把上一位的末位数字乘底数再取个位,不写大数。

2021 ÷ 4 = 505 余 1 → 落在第 1 格 → 末位是 3

二千零二十一次方,就是从一次开始,一共转了二千零二十格。用二千零二十一除以四,商五百零五,余一。余一,说明停在第一格,末位是三。余几就落在第几格;整除时余零,正好走完一圈,落在最后一格。这和周期课里找图形是同一件事。

4.换底数,先写循环再除法
7第 1 格9第 2 格3第 3 格1第 4 格

2024÷4 余 0 → 第 4 格 → 1

转盘按乘一次转一格:只把上一位的末位数字乘底数再取个位,不写大数。

7 的循环是 7、9、3、1;2024 ÷ 4 余 0 → 组末 → 末位是 1

换底数也一样。七的末位循环是七、九、三、一。二千零二十四除以四,整除,落在循环末尾,末位是一。二和八的循环长也是四;四的循环只有四、六两个;五和六的末位从来不变。先写出循环,再做除法,任何底数都是这一套。

这一课要用倍数与递推课的乘方记号(2⁴ 表示 4 个 2 相乘)和周期课的“项号除以周期”。

生活里的它:里程表

汽车里程表的最末一位轮转:开一公里转一格,0 转到 9 又回 0。乘方的末位也是一只小转盘——每乘一次底数转一格,转到头就从头再来。区别只是这只转盘的格数由底数决定:3 的转盘 4 格,4 的转盘 2 格,5 和 6 的转盘“卡住不动”。

末位只由末位决定

先算小的:31=33^1=3,32=93^2=9,33=273^3=27,34=813^4=81,35=2433^5=243。末位依次是 3、9、7、1、3。

为什么不用往下算大数?27×3 的个位只由 7×3=21 的个位决定,是 1;十位、百位乘完不影响个位。所以末位永远“只乘末位”:3→9→7→1→3→……,周期 4。

指数除以周期,余数定落点

2021=4×505+12021=4\times505+1

余 1,落在循环第 1 格,末位是 3。余 2 → 9,余 3 → 7,余 0 → 第 4 格(1)——整除落在组末,和周期课“余 0 是最后一个图形”完全一样。

换底数:先写循环,再做除法

底数 末位循环 周期
2 2、4、8、6 4
3 3、9、7、1 4
4 4、6 2
5、6 5(6)不变 1
7 7、9、3、1 4
8 8、4、2、6 4
9 9、1 2

7²⁰²⁴:2024÷4 整除 → 组末 → 1。4²⁰²⁵:周期是 2,2025÷2 余 1 → 第 1 格 → 4。注意 4 的周期不是 4,除法要按它自己的周期做。

自测:先写循环,再除

自测 1:换一个远指数

求 320243^{2024} 的末位数字,写出除法算式。

核对第 1 题

1。2024÷4=506 整除,落在循环(3、9、7、1)第 4 格,末位是 1。

整除落组末。也可用 3⁴=81 的末位是 1 来核对:每 4 次乘方正好转一整圈。

自测 2:两位数的底数

求 13202313^{2023} 的末位数字。

核对第 2 题

7。13 的末位是 3,循环同 3:3、9、7、1。2023÷4 余 3 → 第 3 格 → 7。

底数的十位不影响个位:个位乘法只吃个位。

自测 3:末位不变的同学

5 的任何次方的末位是多少?6 呢?它们的“周期”可以说是几?

核对第 3 题

5 的末位永远是 5;6 的末位永远是 6。周期是 1。5×5=25、25×5=125,个位始终是 5。

周期 1 意味着不需要除法:任何指数都落在同一格。遇到它们直接写答案。

下次见到“很大次方的末位”,三步走:写循环 → 数周期 → 指数除以周期看余数(余 0 落组末)。