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2021年(令和3年)京都大学-数学(文系)[5]

[5] p素数ならば p^4+14素数でないことを示せ.

2021.03.10記
2でない素数は奇数だから,p が2の倍数でない整数のとき,p^4+14 は……奇数となってうまくいかないので,次は「p が3の倍数でない整数のとき,p^4+14 は3の倍数になる…(☆)」が示せるかどうかを考える.

[解答]

p=3 のとき p^4+14=95素数でない.

それ以外の素数は3で割り切れないので mod 3 で p\equiv \pm1 となる.
よって p^4+14\equiv (\pm 1)^4+14 =15\equiv 0 だから p^4+14\geqq 153 より大きい3の倍数となり,素数でない.

2021.03.20記
(☆) は p^4+14=p^4-1+15=(p^2+1)(p+1)(p-1)+15 と変形してもわかる.

なお,3の倍数でない平方数を3で割った余りは1であることを利用して
p^4+14=(p^2+2)(p^2+7)-9p^2p^4+14=(p^2+1)(p^2+14)-15p^2 と変形しても(☆)がわかる.




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