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第3题

设 kk 为正整数,SS 为奇素数组成的有限集合。证明将 SS 的元素排列在一个圆周上,使得任意相邻两数之积都具有 x2+x+kx^2+x+k(其中 xx 为某个正整数)的形式,这样的排列方式(不计旋转与反射)至多只有一种。
第 5/6 步:证明当 pq,prpq,pr 都良好时 qrqr 也良好
(x−α)(y−α)=p(z−α),z=xy−kp,qr=z2+z+k(x-\alpha)(y-\alpha)=p(z-\alpha),\quad z=\frac{xy-k}{p},\quad qr=z^2+z+k
详细分析

取同一个根 α\alpha。则 (x−α)(y−α)=xy−(x+y)α+α2=xy−k−(x+y+1)α=p(z−α)(x-\alpha)(y-\alpha)=xy-(x+y)\alpha+\alpha^2=xy-k-(x+y+1)\alpha=p(z-\alpha),其中由 xy≡k(modp)xy\equiv k\pmod p 得 z=(xy−k)/p∈Zz=(xy-k)/p\in\mathbb Z。取范数得到 p2qr=p2(z2+z+k)p^2qr=p^2(z^2+z+k),故 qr=z2+z+kqr=z^2+z+k 良好(若 z<0z<0,用 −1−z-1-z 代替)。