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)