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)

つづきです。

 

(2)

「ある自然数nに対して、d_nが8で割り切れる」と仮定して矛盾を導く。

このとき、a_nは8で割り切れるから、n,n+1のうち偶数の方が8で割り切れる。

(一方は奇数であり、奇数は8で割り切れない。)

 

(i)nが8で割り切れるとき

 n=8k(kは自然数)とおく。

  

 より、a_{n+3}は8で割り切れない。

 

(ii)n+1が8で割り切れるとき

 n=8k-1(kは自然数)とおく。

 

 より、a_{n+3}は8で割り切れない。

 

(i),(ii)より、いずれの場合も、a_n,a_{n+3}は8を公約数にもたないことになり矛盾。

したがって、d_nは8で割り切れない。□

 

【コメント】

困ったときは背理法・・・を使ってもうまくいかないことも多いのですが、この問題は背理法が有効なようです。

直接証明できないか試してみました(余りで分類、帰納法)が、うまくいきませんでした。

河合塾の解答速報も背理法だったので、背理法しかないのかな?

解いてみました。

間違っているかもしれませんので、参考程度に。

河合塾の解答速報では、連立方程式を使って手際よくやっていますが、ここでは割と「場合分け」的な発想でやっていきます。

 

問題は、著作権に引っかかるかもしれないので、載せません。ネットが過去問題集で探してください。

 

(1)

(i)nが奇数のとき

 n+1,n+3は偶数だから、a_n,a_{n+3}はともに偶数である

 ゆえに、a_n,a_{n+3}は2を公約数にもち、d_nは偶数である。

(ii)nが偶数のとき

 n,n+4は偶数だから、a_n,a_{n+3}はともに偶数である

 ゆえに、a_n,a_{n+3}は2を公約数にもち、d_nは偶数である。

(i),(ii)より、d_nは偶数である。