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【数学A】例題4.1.14:合同式の利用2(One More)★★★

【数学A】例題4.1.14:合同式の利用2(One More)
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問題の解答

【数学A】問題4.1.14:合同式の利用2の解答
検索用コード(LaTeX)
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% 例題A4.1.14:合同式の利用2(One More)★★★
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(1) $n$を整数とする.合同式を用いて,$n^2+1$は3の倍数ではないことを証明せよ.

(2) $n$を自然数とする.合同式を用いて,$19^n+2^4\cdot(-32)^{n}$は17の倍数であることを証明せよ.

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% 例題A4.1.14の解答(One More)★★★
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(1) すべての整数$n$について,

\[
n\equiv 0\pmod 3,n\equiv 1\pmod 3,n\equiv 2\pmod 3
\]

のいずれかである.

(i) $n\equiv 0\pmod 3$のとき,$n^2+1\equiv 0^2+1\equiv 1\pmod 3$

(ii) $n\equiv 1\pmod 3$のとき,$n^2+1\equiv 1^2+1\equiv 2\pmod 3$

(iii) $n\equiv 2\pmod 3$のとき,$n^2+1\equiv 2^2+1\equiv 5\equiv 2\pmod 3$

よって,(i)〜(iii)より,$n^2+1$は3の倍数ではない.$\blacksquare$

(2) $19=17+2$より,$19\equiv 2\pmod{17}$であるから,

\[
19^n\equiv 2^n\pmod{17}
\]

$-32=-2\cdot 17+2$より,$-32\equiv 2\pmod{17}$であるから,

\[
(-32)^{n}\equiv 2^{n}\pmod{17}
\]

したがって,

\[
19^n+2^4\cdot(-32)^{n}\equiv 2^n+16\cdot 2^{n}=17\cdot 2^n\equiv 0\pmod{17}
\]

よって,$19^n+2^4\cdot(-32)^{n}$は17の倍数である.$\blacksquare$

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% 問題A4.1.14:合同式の利用2(One More)★★★
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(1) $n$を整数とする.$n^2$を7で割った余りをすべて求めよ.

(2) $n$を自然数とする.合同式を用いて,$7^n+2\cdot 5^{2n}$は3の倍数であることを証明せよ.

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% 問題A4.1.14の解答(One More)★★★
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(1) すべての整数$n$について

\[
n\equiv 0\pmod 7,n\equiv 1\pmod 7,n\equiv 2\pmod 7,n\equiv 3\pmod 7,
\]

\[
n\equiv 4\pmod 7,n\equiv 5\pmod 7,n\equiv 6\pmod 7
\]

のいずれかである.

(i) $n\equiv 0\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 0^2\equiv 0\pmod 7$

(ii) $n\equiv 1\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 1^2\equiv 1\pmod 7$

(iii) $n\equiv 2\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 2^2\equiv 4\pmod 7$

(iv) $n\equiv 3\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 3^2\equiv 9\equiv 2\pmod 7$

(v) $n\equiv 4\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 4^2\equiv 16\equiv 2\pmod 7$

(vi) $n\equiv 5\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 5^2\equiv 25\equiv 4\pmod 7$

(vii) $n\equiv 6\pmod 7$のとき,$n^2\equiv 6^2\equiv 36\equiv 1\pmod 7$

よって,(i)〜(vii)より,$n^2$を7で割った余りは$0,1,2,4$のいずれかである.

(2) $7=6+1$より,$7\equiv 1\pmod{3}$であるから,

\[
7^n\equiv 1^n\equiv 1\pmod{3}
\]

$5=3+2$より,$5\equiv 2\pmod{3}$であるから,

\[
5^{2n}\equiv(2)^{2n}\equiv 4^n\equiv 1^n\equiv 1\pmod{3}
\]

したがって,

\[
7^n+2\cdot 5^{2n}\equiv 1+2\cdot 1\equiv 3\equiv 0\pmod{3}
\]

よって,$7^n+2\cdot 5^{2n}$は3の倍数である.$\blacksquare$

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