つづきです。
(3)
「ある自然数nに対して、d_nが5以上の素数pで割り切れる」と仮定して矛盾を導く。
このとき、a_n=n(n+1)はpで割り切れる。
pは素数であるから、
「nがpで割り切れる」か「n+1がpで割り切れる」かのいずれかである。
(i)nがpで割り切れるとき
n=kp(kは自然数)とおく。
d_nがpで割り切れるから、a_{n+3}もpで割り切れる。
pは素数だから、kp+3,kp+4のいずれかがpで割り切れる。
ところが、p≧5であるから、kp+3,kp+4はともにpで割り切れない。
よって、この場合は矛盾が生じる。
(ii)n+1がpで割り切れるとき
n=kp-1(kは自然数)とおく。
この場合も(i)と同様にして、矛盾が生じる。
(i),(ii)より、いずれの場合も矛盾が生じるから、背理法により、
すべての自然数nに対して、d_nは5以上の素数pで割り切れない。□
【補足】
(2)と(3)は同じ論法です。
ここまでやって気づきましたが、(2)の8を16や32(2のべき乗)にしても、同じ論法で証明できます。
この論法の核心は、「a_{n+3}=(n+3)(n+4)を割り切る」という条件が「n+3またはn+4を割り切る」と言い換えられることにあります。(この言い換えは一般にはできません。12=2×6は4で割り切れますが、2や6は4で割り切れない。)素数だからできるのが(3)であり、a_{n+3}=偶数×奇数という特殊な形ゆえに2のべき乗でできるのが(2)です。
素数のこの性質は、素数を一般化した概念である「素元」を定義するのに出てきます(大学の代数学の本参照)