Cho là một số nguyên lẻ, ta viết trong đó và là số nguyên dương lẻ. Với mỗi số nguyên thỏa mãn , ta nói có liên hệ với nếu hoặc trong dãy có đúng một số hạng đồng dư với theo modulo . Chứng minh rằng là số nguyên tố khi và chỉ khi với mọi số nguyên thỏa mãn đều có liên hệ với .

Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
Trước hết, giả sử là số nguyên tố. Theo định lý Fermat nhỏ, ta có

Nếu thì xong, còn nếu không, gọi là số nhỏ nhất trong sao cho . Khi đó là số duy nhất thoả mãn do , do đó có liên hệ với .
Ngược lại, giả sử là hợp số. Ta sẽ chứng minh tồn tại không liên hệ với .
Nếu có ít nhất hai ước nguyên tố phân biệt, viết , trong đó và .
Theo CRT, tồn tại số nguyên dương sao cho

Khi đó . Vì lẻ, , nên . Mặt khác, mọi số đều đồng dư với modulo , nên không số nào trong chúng có thể đồng dư với modulo .
Vậy không có liên hệ với .
Nếu với là số nguyên tố lẻ và . Chọn .
Ta có vì là ước của . Với mọi , khai triển nhị thức cho

Vế phải không đồng dư với modulo , đồng thời lại đồng dư với modulo , nên cũng không thể đồng dư với modulo . Do đó không có liên hệ với .
Trong các trường hợp, là hợp số thì điều kiện của đề bài không thể đúng nên có điều phải chứng minh.
Câu hỏi này trích từ đề thi chính thức:

Kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh - chọn đội tuyển tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia THPT - Thanh Hóa - Ngày 2

3 câu hỏi•Thời gian 180 phút•Chấm điểm & giải thích chi tiết
Làm trọn bộ đề thi này

Các câu hỏi khác trong đề (3 câu)

Xem toàn bộ đề →
Cho n > 1 là một số nguyên lẻ, ta viết n = 2 s d + 1 trong đó s 1 và... - Đáp Án & Lời Giải | dethichuan.com