Gauss Problem 4 ett positivt heltal n är sådan att antalet 2n plus 1 och 3n plus 1 är perfekt rutor. Bevisa att n är delbart med 8?

Gauss Problem 4 ett positivt heltal n är sådan att antalet 2n plus 1 och 3n plus 1 är perfekt rutor. Bevisa att n är delbart med 8?

Detta bevis använder modulär aritmetik. Om du är obekant med denna, den grundläggande principen är att om vi har heltal a, b och ett annat heltal c, då en = b (mod c) om en/c och b/c har samma resten. Exempelvis 8 = 2 (mod 3), eftersom 8/3 och 2/3 har resten 2.

En egenskap av detta förhållande är att för varje heltal x och något annat värde än noll heltal y, det finns ett unikt heltal z sådana att x = z (mod y) och z är mellan 0 och y inclusive. Följden av detta är att, i de flesta fall, om du vet hur din relation ska fungera med alla heltal mellan 0 och y, du vet hur det fungerar för alla heltal.

Överväga den kvadratiska rester mod 8. det vill säga hitta alla möjliga värden för c om 0<= c="">< 8="" and="" x2="c" (mod="" 8)="" for="" some="" integer="" x.="" plugging="" in="" all="" values="" from="" 0="" to="" 7="" for="" x,="" the="" only="" possible="" values="" of="" c="" are="" 0,="" 1,="" and="">

Nu överväga 2n + 1 (mod 8). Vi vet att 2n + 1 är en perfekt kvadrat, så vi vet att 2n + 1 = 0, 1 eller 4 (mod 8). Således 2n = -1, 0 eller 3 (mod 8). Eftersom 2n är ett jämnt antal, och 8 är ett jämnt antal, kan 2n bara vara kongruent med ett jämnt antal mod 8. Därför, 2n = 0 (mod 8), och därför n = 0 (mod 4).

Slutligen anser 3n + 1 (mod 8). Som tidigare, vi noterar att 3n = -1, 0 eller 3 (mod 8). Vi vet att n = 0 (mod 4), så vi vet att n = 4k för några heltal k. N är därför ännu. Eftersom 8 är ännu också, vi vet att n = 0 (mod 8). Därför är n delbart med 8. QED.