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第2题

对于哪些正整数对 (a,b)(a,b),数列 gcd⁡(an+b,bn+a)\gcd(a^n+b,b^n+a)(n=1,2,…n=1,2,\ldots)最终变为常数?
第 4/5 步:利用 xnx_n 确定 a 和 b 模 M 的值
通俗地说

由于 xnx_n 等于 xn−1x_{n-1},模 MM 也整除 xnx_n,即直接整除 an+ba^n+b 和 bn+ab^n+a;再结合 ana^n 和 bnb^n 都模 MM 余 11,这就迫使 bb 和 aa 分别模 MM 余 −1-1。

a≡b≡−1(modM)a\equiv b\equiv-1\pmod M
详细分析

由于 xn=xn−1x_n=x_{n-1} 且 M∣xn−1M\mid x_{n-1}(第 3 步),也有 M∣xnM\mid x_n,故 M∣an+bM\mid a^n+b 且 M∣bn+aM\mid b^n+a。利用 an≡1,bn≡1(modM)a^n\equiv1,b^n\equiv1\pmod M,可得 0≡1+b(modM)0\equiv1+b\pmod M 与 0≡1+a(modM)0\equiv1+a\pmod M,即 a≡b≡−1(modM)a\equiv b\equiv-1\pmod M。