【定理・公式・証明】高校数学定理・公式 – 数学A – 素数の性質

素数の性質

$a,b,n$ は整数, $p$ は素数とする。

[Ⅰ] abab が pp の倍数ならば, a,ba,b の少なくとも一方は pp の倍数である。

[Ⅱ] n2n^2 が pp の倍数ならば, nn は pp の倍数である。

証明

[Ⅰ] この命題の待遇をとり,

「 a,ba,b がともに pp の倍数でないならば, abab は pp の倍数ではない」

ことを示す。 q,q′,r,r′q,q',r,r' は整数とする。 a,ba,b がともに pp の倍数でないとき, a=pq+ra=pq+r , b=pq′+r′b=pq' +r' ( 1≦r≦−1,1≦r′≦p−11\leqq r \leqq -1,1 \leqq r' \leqq p-1 )と表せる。このとき, ab=(pq+r)(pq′+r′)=p(pqq′+qr′+q′r)+rr′ab=(pq+r)(pq'+r')=p(pqq'+qr'+q'r)+rr'

1≦r≦p−11 \leqq r \leqq p-1 , 1≦r′≦p−11 \leqq r' \leqq p-1 と pp が素数であることから, r,r′r,r' の素因数分解を考えれば, rr′rr' は pp を素数に持たないこと,すなわち rr′rr' は pp の倍数ではないことが分かる。したがって, abab は pp の倍数ではない。

よって,abab が pp の倍数ならば, a,ba,b の少なくとも一方は pp の倍数である。

[Ⅱ] この命題の待遇をとり,

「 nn が pp の倍数でないならば, n2n^2 は pp の倍数ではない」

ことを示す。 nn が pp の倍数でないとき,整数 q,rq,r を用いて n=pq+rn=pq+r (1≦r≦p−1)(1 \leqq r \leqq p-1) と表せ,このとき n2=(pq+r)2=p(pq2+2pr)+r2n^2=(pq+r)^2 =p(pq^2 +2pr) +r^2 と pp が素数であることから, rr の素因数分解を考えれば, r2r^2 は pp を素因数に持たないこと,すなわち r2r^2 は pp の倍数ではないことが分かる。したがって, n2n^2 は pp の倍数ではない。

よって, n2n^2 が pp の倍数ならば nn は pp の倍数である。

注:[Ⅱ] は, [Ⅰ] で a=b=na=b=n のときである。