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第4問

無限数列 an=2n+3n+6n−1, n≥1.a_n=2^n+3^n+6^n -1,\ n\geq 1. のすべての項と互いに素であるような正の整数をすべて求めよ。
ステップ 4/5: 2,3,62,3,6 の逆数の和はちょうど 11 になる
ざっくり言うと

12,13,16\frac12,\frac13,\frac16 の和がちょうど 11 になるという小さな数の巧合こそが、あらゆる大きな素数を法として ap−2a_{p-2} を消し去る理由である。

12+13+16=1 ⟹ ap−2≡0(modp)\frac12+\frac13+\frac16=1\ \Longrightarrow\ a_{p-2}\equiv0\pmod p
詳しい解説

有理数の範囲で 12+13+16=3+2+16=1\frac12+\frac13+\frac16=\frac{3+2+1}{6}=1 であり、2⋅3⋅6=362\cdot3\cdot6=36 が p>3p>3 と互いに素なので、pを法とする逆元についても同じ関係が成り立つ。よって前のステップより ap−2≡(2−1+3−1+6−1)−1≡1−1≡0(modp)a_{p-2}\equiv\left(2^{-1}+3^{-1}+6^{-1}\right)-1\equiv1-1\equiv0\pmod p、すなわち p∣ap−2p\mid a_{p-2} である。