MathLabs

第5問

pp が素数であるような正の整数の組 (a,b,p)(a,b,p) で ap=b!+pa^p=b!+p を満たすものをすべて求めよ。
ステップ 6/6: ジグモンディ素数で p≥5p\ge5 を除外する
b!=pp−p=p(p−1)(1+p+⋯+pp−2)b!=p^p-p=p(p-1)(1+p+\cdots+p^{p-2})
詳しい解説

p≥5p\ge5 なら b!=p(pp−1−1)=p(p−1)(1+p+⋯+pp−2)b!=p(p^{p-1}-1)=p(p-1)(1+p+\cdots+p^{p-2}) と書ける。ジグモンディの定理により pp−1−1p^{p-1}-1 には原始素因数 qq があり、qq における p の乗法位数は p−1p-1 なので q≡1(modp−1)q\equiv1\pmod{p-1} である。よって q≥2p−1>2p−2≥bq\ge2p-1>2p-2\ge b かつ q≠pq\ne p となり、q∣b!q\mid b! に矛盾する。したがって p≥5p\ge5 に解はない。