MathLabs

第5题

求所有满足 ap=b!+pa^p=b!+p 的正整数三元组 (a,b,p)(a,b,p),其中 pp 为素数。
第 6/6 步:用 Zsigmondy 素数排除 p≥5p\ge5
b!=pp−p=p(p−1)(1+p+⋯+pp−2)b!=p^p-p=p(p-1)(1+p+\cdots+p^{p-2})
详细分析

当 p≥5p\ge5 时,写成 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})。由 Zsigmondy 定理,pp−1−1p^{p-1}-1 有一个原始素因数 qq;p 模 qq 的乘法阶为 p−1p-1,故 q≡1(modp−1)q\equiv1\pmod{p-1}。于是 q≥2p−1>2p−2≥bq\ge2p-1>2p-2\ge b 且 q≠pq\ne p,这与 q∣b!q\mid b! 矛盾。因此 p≥5p\ge5 时无解。