Với mỗi cặp số nguyên dương và , ký hiệu .
(1) Chứng minh rằng với và là lũy thừa của 2, nếu:
thì và đều chia hết cho .
Hỏi kết luận có còn đúng không nếu có ước nguyên tố lẻ?
(2) Chứng minh rằng là số tự nhiên nhỏ nhất sao cho không là số chính phương .
Với mỗi cặp số nguyên dương và , ký hiệu .
(1) Chứng minh rằng với và là lũy thừa của 2, nếu:
thì và đều chia hết cho .
Hỏi kết luận có còn đúng không nếu có ước nguyên tố lẻ?
(2) Chứng minh rằng là số tự nhiên nhỏ nhất sao cho không là số chính phương .
(1) Chứng minh rằng với và là lũy thừa của 2, nếu:
thì và đều chia hết cho .
Hỏi kết luận có còn đúng không nếu có ước nguyên tố lẻ?
(2) Chứng minh rằng là số tự nhiên nhỏ nhất sao cho không là số chính phương .
Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
(1) Giả sử là một lũy thừa của 2 và , .
Ta cần chứng minh và . Đặt , .
Vì nên từ hay
Do là lũy thừa của 2 nên , suy ra .
Mặt khác .
Ta có .
Từ , suy ra . Do đó .
Số là số lẻ nên nguyên tố cùng nhau với . Vì vậy .
Kết hợp với nên .
Vậy và .
(2) Bây giờ giả sử có một ước nguyên tố lẻ . Đặt và xét
Vì lẻ nên , do đó là các số nguyên. Hơn nữa,
Do đó là các số nguyên dương.
Ta có và . Do đó
nên . Tương tự .
Tuy nhiên không chia hết cho , nên .
Vậy kết luận trên không còn đúng khi có một ước nguyên tố lẻ.
(3) Với thì là số chính phương.
Với thì là số chính phương.
Vì vậy , ta sẽ chứng minh không là số chính phương với mọi .
Để ý .
Giả sử tồn tại sao cho .
Khi đó .
Vì nên tồn tại ước nguyên tố của sao cho .
Ta có bổ đề quen thuộc sau, bạn đọc tự chứng minh bằng định lí Fermat nhỏ:
Bổ đề 0.1. Cho là số nguyên tố và là hai số nguyên thoả mãn . Chứng minh rằng và .
Khi đó nên theo bổ đề quen thuộc ta có hay , vô lí với .
Do đó không tồn tại các số nguyên dương thoả mãn là số chính phương.
Vì vậy số tự nhiên nhỏ nhất thoả mãn yêu cầu là .
Ta cần chứng minh và . Đặt , .
Vì nên từ hay
Do là lũy thừa của 2 nên , suy ra .
Mặt khác .
Ta có .
Từ , suy ra . Do đó .
Số là số lẻ nên nguyên tố cùng nhau với . Vì vậy .
Kết hợp với nên .
Vậy và .
(2) Bây giờ giả sử có một ước nguyên tố lẻ . Đặt và xét
Vì lẻ nên , do đó là các số nguyên. Hơn nữa,
Do đó là các số nguyên dương.
Ta có và . Do đó
nên . Tương tự .
Tuy nhiên không chia hết cho , nên .
Vậy kết luận trên không còn đúng khi có một ước nguyên tố lẻ.
(3) Với thì là số chính phương.
Với thì là số chính phương.
Vì vậy , ta sẽ chứng minh không là số chính phương với mọi .
Để ý .
Giả sử tồn tại sao cho .
Khi đó .
Vì nên tồn tại ước nguyên tố của sao cho .
Ta có bổ đề quen thuộc sau, bạn đọc tự chứng minh bằng định lí Fermat nhỏ:
Bổ đề 0.1. Cho là số nguyên tố và là hai số nguyên thoả mãn . Chứng minh rằng và .
Khi đó nên theo bổ đề quen thuộc ta có hay , vô lí với .
Do đó không tồn tại các số nguyên dương thoả mãn là số chính phương.
Vì vậy số tự nhiên nhỏ nhất thoả mãn yêu cầu là .