Bài 3. (7 điểm) Cho là số nguyên tố. Với mỗi số nguyên dương , đặt là tổng lũy thừa bậc của số nguyên dương đầu tiên.
a) Chứng minh rằng nếu và là một số nguyên dương lẻ sao cho thì chia hết cho .
b) Nếu thì có chia hết cho không? Vì sao?
Bài 3. (7 điểm) Cho là số nguyên tố. Với mỗi số nguyên dương , đặt là tổng lũy thừa bậc của số nguyên dương đầu tiên.
a) Chứng minh rằng nếu và là một số nguyên dương lẻ sao cho thì chia hết cho .
b) Nếu thì có chia hết cho không? Vì sao?
a) Chứng minh rằng nếu và là một số nguyên dương lẻ sao cho thì chia hết cho .
b) Nếu thì có chia hết cho không? Vì sao?
Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
(AI giải đề cho tôi)
Gọi .
**Bổ đề 1.** Nếu thì .
*Chứng minh:* Lấy là căn nguyên thủy mod ; phép nhân với là hoán vị của nên . Vì nên .
**Bổ đề 2.** Nếu lẻ và thì .
*Chứng minh:* Vì , ta có
(với lẻ, ). Do chẵn, nên theo Bổ đề 1 , suy ra .
**a)** Với lẻ, (nên ), khai triển như trên:
Suy ra
Xét mod :
- lẻ, nên theo Bổ đề 2 , do đó số hạng thứ nhất chia hết cho .
- chẵn, nên , số hạng thứ hai chia hết cho .
- Các số hạng từ thứ ba trở đi đều có thừa số .
Vậy .
**b)** Áp dụng cùng khai triển với (lẻ, ):
Xét mod :
- Số hạng 1: ; vì lẻ, nên (Bổ đề 2) chia hết cho .
- Số hạng 2: ; chẵn, nên chia hết cho .
- Số hạng 3: với lẻ nên chia hết cho .
- Các số hạng từ thứ tư trở đi chứa .
Vậy **có**, với mọi .
*Kiểm tra:* : . : . Cả hai đều đúng.
Gọi .
**Bổ đề 1.** Nếu thì .
*Chứng minh:* Lấy là căn nguyên thủy mod ; phép nhân với là hoán vị của nên . Vì nên .
**Bổ đề 2.** Nếu lẻ và thì .
*Chứng minh:* Vì , ta có
(với lẻ, ). Do chẵn, nên theo Bổ đề 1 , suy ra .
**a)** Với lẻ, (nên ), khai triển như trên:
Suy ra
Xét mod :
- lẻ, nên theo Bổ đề 2 , do đó số hạng thứ nhất chia hết cho .
- chẵn, nên , số hạng thứ hai chia hết cho .
- Các số hạng từ thứ ba trở đi đều có thừa số .
Vậy .
**b)** Áp dụng cùng khai triển với (lẻ, ):
Xét mod :
- Số hạng 1: ; vì lẻ, nên (Bổ đề 2) chia hết cho .
- Số hạng 2: ; chẵn, nên chia hết cho .
- Số hạng 3: với lẻ nên chia hết cho .
- Các số hạng từ thứ tư trở đi chứa .
Vậy **có**, với mọi .
*Kiểm tra:* : . : . Cả hai đều đúng.