将 $\dfrac{1}{2008}$ 写成十进制循环小数的形式$$\dfrac{1}{2008}=0.000\underbrace{498\cdots625}\underbrace{498\cdots625}\cdots,$$其循环节的长度为  \((\qquad)\)
A: $30$
B: $40$
C: $50$
D: $60$
【难度】
【出处】
2008年全国高中数学联赛安徽省预赛
【标注】
【答案】
C
【解析】
首先,由费马小定理:
若 $a$ 与 $p$ 互素,则$$a^{p-1}≡1\pmod p .$$对于一个素数 $p$,取 $a=10$,那么$$10^{p-1}≡1\pmod p.$$如果找到一个正整数 $e$ 使得 $\dfrac {10^e}{p}-\dfrac 1p$ 为整数,那么 $e$ 就是 $\dfrac 1p$ 的循环节.
由费马小定理知,在不大于 $p-1$ 的正整数中,$e$ 是存在的.
这还意味着,$\dfrac 1p$ 的第一个循环节正好就在小数点后面,是个纯循环小数.
因为 $p-1$ 是个合数,所以$$10^{p-1}-1=(10^{p_1}-1)(10^{p-1-p_1}+10^{p-1-2p_1}+\cdots+1),$$其中 $p_1$ 为 $p-1$ 的因数.
如果有一个比 $p-1$ 小的 $e$ 满足 $\dfrac {10^e}{p}-\dfrac 1p$ 为整数,那么这个 $e$ 一定是 $p$ 的约数.
引理:一个循环小数除以 $2$,其循环节大小不变
证明:
每个循环节中的数字都是偶数,显然不变.
如果是奇数,可以将本循环节最后的那个奇数码拿出一个 $1$ 给后一个循环节,这样新循环节就又是偶数了,但这个循环节是有重合的.比如 $0.45454545...$ 就变成 $0.44+0.0144+0.00144...$ 前面虽然多了些不是循环节的部分,不过循环节部分的位数不受影响.
因为$$2008=2^3\times 251,$$而 $251$ 是素数,这样,我们只要求得 $\dfrac {1}{251}$ 的循环节长度即可.
因为$$10^{250}≡1\pmod {251},$$如果有更小的 $e$ 满足$$10^e≡1\pmod {251},$$那么 $e$ 是 $250$ 的因数,$250$ 的因数有 $2,5,10,25,50,250 $.
因为$$10^3≡-4\pmod {251},$$所以$$10^5≡-400≡102\pmod {251},$$故 $10^{5}$ 不满足要求;
因为$$10^{10}≡10404≡113\pmod {251},$$所以 $10^{10}$ 不满足要求;
因为$$10^{20}≡12769≡-32\pmod {251},$$所以 $10^{20}$ 不满足要求;
因为$$10^{25}≡-3264≡-1\pmod {251},$$所以 $10^{25}$ 不满足要求;
因为$$10^{50}≡1\pmod {251},$$所以 $10^{50}$ 满足要求.
因此循环节的长度为 $50$.
题目 答案 解析 备注
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