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第3問

kk を正の整数とし、SS を奇素数からなる有限集合とする。SS の元を円周上に並べたとき、隣り合う任意の二元の積が、ある正の整数 xx に対して x2+x+kx^2+x+k の形になるような並べ方が、(回転と鏡映を除いて)高々一通りしかないことを証明せよ。
ステップ 3/6: ヴィエタの公式で二つの根 x,yx,y を関連づける
x+y+1=p,xy≡k(modp)x+y+1=p,\quad xy\equiv k\pmod p
詳しい解説

pq=x2+x+kpq=x^2+x+k と pr=y2+y+kpr=y^2+y+k がともに 0≤x,y<p0\le x,y<p で良いならば、x,yx,y は上で見つかった T2+T+k≡0(modp)T^2+T+k\equiv0\pmod p の(高々二つの)解であるから、ヴィエタの公式を法 pp で用いると x+y≡−1(modp)x+y\equiv-1\pmod p と xy≡k(modp)xy\equiv k\pmod p が得られる。0<x+y<2p0<x+y<2p であるから、これは厳密な整数の等式 x+y+1=px+y+1=p を強制する。