東大文系数学'08年前期[4]

pを自然数とする。次の関係式で定められる数列,を考える。
(1) に対し、次の2つの数がともにで割り切れることを示せ。
,
(2) pを3以上の奇数とする。このとき、はで割り切れるが、では割り切れないことを示せ。


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解答 連立漸化式の問題に見えますが、整数の問題です。
面倒な計算をどうやりきるか、ということでしょうか。


,
とおきます。問題文中の関係式:
 ・・・�@
(1) 数学的帰納法によって示します。
(�T) のとき、
,
はともにで割り切れます。
(�U) のとき、,がともにで割り切れる、つまり、,を整数として、,と書ける、と、仮定します。
 ・・・�A
 ・・・�B
として(,の形を作ることが目標です)、
 ・・・�C
 ・・・�D
�C−�Aより、
 ・・・�E
�@,�Bより、
これとより、�Eは、

中カッコ内は整数なので、はで割り切れます。
�D−�Bより、
 ・・・�F
�@より、
 ・・・�G
�A+�Bより、
�Gに代入して、
長いのでこの中カッコをとおきます。は連続2整数の積で偶数なのでは整数です。を�Fに代入し、
�Bより、なので、
カッコ内は整数なので、はで割り切れます。
以上より、,はともにで割り切れるので、のときも成立します。
(�T),(�U)より、 に対し、, がともにで割り切れることが示されました。

(2) (1)より、 に対し、を整数として、
とおくことができます。
∴
pは奇数なのでは偶数でありは整数です。も整数です。中カッコ内はpの倍数に1を加えたものになっていて、pが3以上の奇数のときにはpで割り切れません。
よって、がで割り切れるが、では割り切れないことが示されました。


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