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第3题

求所有正整数 nn,使得对任意整数 kk,都存在整数 aa,令 a3+a−ka^3+a-k 被 nn 整除。
第 3/4 步:模四余三的素数不行
p≡3(mod4)⟹∃a≠b: a3+a≡b3+b(modp)p\equiv3\pmod4\Longrightarrow\exists a\ne b:\ a^3+a\equiv b^3+b\pmod p
详细分析

若 p 模四余三,令 C 为零与所有二次剩余组成的集合。x^2+x+1 恰有 (p+1)/2 个不同值,因此正好是零和 C 的全部元素。把每个平方写成 (2w+1)^2 可知 C 对加三封闭;因 p 不等于三,这将迫使所有剩余都属于 C,矛盾。因此存在 x 使 x^2+x+1 为非二次剩余。负平方恰好遍历非二次剩余,故可取非零 a,b 使 a^2+ab+b^2=-1。若 a=b,则换成 2a 与 -a 得到不同的一对;否则由因式分解得到所需的碰撞。