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第1問

22、55、1313 のいずれとも異なる正の整数 dd を任意にとる。集合 {2,5,13,d}\{2, 5, 13, d\} の中から相異なる元 aa、bb を選んで、ab−1ab - 1 が平方数にならないようにできることを示せ。
ステップ 6/6: d≡5,9(mod16)d\equiv5,9\pmod{16} の場合と結論
5d−1(mod16)∉{0,1,4,9}5d-1\pmod{16}\notin\{0,1,4,9\}
詳しい解説

同様に、d≡5(mod16)d\equiv5\pmod{16} のとき 5d−1≡8(mod16)5d-1\equiv8\pmod{16}、d≡9(mod16)d\equiv9\pmod{16} のとき 5d−1≡12(mod16)5d-1\equiv12\pmod{16} となり、どちらも法 1616 の平方剰余ではない。よって 5d−15d-1 は平方数でなく、(a,b)=(5,d)(a,b)=(5,d) でよい。これで dd のすべての剰余類を尽くしたので、主張はすべての d∉{2,5,13}d\notin\{2,5,13\} について成り立つ。