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¿Es válida esta deducción lógica sobre algunas restricciones modulares en los números perfectos impares? - Parte II

Sea $p^k m^2$ un número perfecto impar con el primo especial $p$ satisfaciendo $p \equiv k \equiv 1 \pmod 4$ y $\gcd(p,m)=1$. Denota la suma clásica de divisores del entero positivo $x$ como $\sigma(x)=\sigma_1(x)$.

Aquí está el Resumen del artículo de Dris y San Diego titulado "Algunas consideraciones modulares sobre los números perfectos impares - Parte II", publicado en NNTDM:

En este artículo, consideramos las diversas posibilidades para $p$ y $k$ módulo $16$, y mostramos condiciones bajo las cuales las respectivas clases de congruencia para $\sigma(m^2)$ (módulo $8$) se alcanzan, si $p^k m^2$ es un número perfecto impar con el primo especial $p$. Demostramos que:

(1) $\sigma(m^2) \equiv 1 \pmod 8$ se cumple solo si $p + k \equiv 2 \pmod {16}$.

(2) $\sigma(m^2) \equiv 3 \pmod 8$ se cumple solo si $p - k \equiv 4 \pmod {16}$.

(3) $\sigma(m^2) \equiv 5 \pmod 8$ se cumple solo si $p + k \equiv {10} \pmod {16}$.

(4) $\sigma(m^2) \equiv 7 \pmod 8$ se cumple solo si $p - k \equiv 4 \pmod {16}$.

De esta respuesta de mathlove y esta pregunta anterior de MSE, obtenemos la bicondicional $$\sigma(m^2) \equiv 3 \pmod 4 \iff p \equiv {k+4} \pmod {16}.$$

También tenemos la bicondicional $$\sigma(m^2) \equiv 1 \pmod 4 \iff p \equiv k \pmod 8,$$ según el teorema de caracterización de Chen y Luo.

Supongamos que se cumple la Conjetura Descartes-Frenicle-Sorli de que $k=1$.

Si $p=5$, entonces esto claramente implica que $\sigma(m^2) \equiv 3 \pmod 4$.

He aquí nuestra:

PREGUNTA: Si $p=13$, entonces dado que $13 = p \equiv {k+4=5} \pmod 8$ se cumple, pero la conjunción $$(p = 13) \land (k=1)$$ obviamente no satisface $p \equiv {k+4} \pmod {16}$ ni $p \equiv k \pmod 8$, ¿se sigue que la implicación $k = 1 \implies p \neq 13$ se cumple, ya que de lo contrario $$\lnot\Bigg(p \equiv {k+4} \pmod {16}\Bigg) \iff \lnot\Bigg(\sigma(m^2) \equiv 3 \pmod 4\Bigg)$$ y $$\lnot\Bigg(p \equiv k \pmod 8\Bigg) \iff \lnot\Bigg(\sigma(m^2) \equiv 1 \pmod 4\Bigg),$$ contradiciendo el hecho de que $\sigma(m^2)$ debe ser impar?

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mathlove Puntos 57124

Sí, lo hace.

Además, podemos decir que $$k=1\implies p\not\equiv 13\pmod{16}$$

Prueba :

Supongamos que $p\equiv 13\pmod{16}$. Entonces, dado que tenemos $$p \not\equiv {5} \pmod {16}\implies \sigma(m^2) \not\equiv 3 \pmod 4$$ y $$p\not\equiv 1,9\pmod{16}\implies p\not\equiv 1\pmod 8\implies\sigma(m^2) \not\equiv 1 \pmod 4$$ tenemos $\sigma(m^2)\equiv 0,2\pmod 4$ lo que contradice que $\sigma(m^2)$ es impar. $\ \blacksquare$

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Mathguru Puntos 33

Esta no es una prueba exhaustiva, es simplemente una observación de que existen otros componentes primos que no cumplen la condición que mencionaste. $13^1$ no es el único componente primo que viola esta regla. Tomemos $p^kn^2$ como un número perfecto impar y k=1.
Sabemos que $\sigma (p^k)/2\times gcd(n^2,\sigma (n^2))=n^2$. También sabemos que $n^2\equiv 1\quad mod\quad 8$. Por lo tanto, si $\sigma (p^k)/2\equiv 3\quad mod\quad 4$ entonces $gcd(n^2,\sigma (n^2))$ también debe ser congruente a 3 mod 4. Por lo tanto, podemos concluir que $gcd(n^2,\sigma (n^2))\equiv \sigma (p^k)/2$ si $gcd(n^2,\sigma (n^2))\equiv 3\quad mod\quad 4$

Ahora, $\sigma (p^1)/2\equiv 3\quad mod\quad 4$ si p es un primo de la forma 5+8t donde t es cualquier entero positivo. Enumeraré algunos ejemplos a continuación.

  1. [$\sigma (5^1)/2=3]\equiv 3\quad mod\quad 4,\quad$ $5=5+8(0)$
  2. [$\sigma (13^1)/2=7]\equiv 3\quad mod\quad 4,\quad$ $13=5+8(1)$
  3. [$\sigma (29^1)/2=15]\equiv 3\quad mod\quad 4,\quad$ $29=5+8(3)$
  4. [$\sigma (37^1)/2=19]\equiv 3\quad mod\quad 4,\quad$ $37=5+8(4)$

Ahora, emerge un patrón donde notamos que $\sigma (n^2)\equiv gcd(n^2,\sigma (n^2))\equiv \sigma (p^k)/2\equiv 3\quad mod\quad 4\iff p\equiv k+4\quad (mod\quad 16)$ no se cumple siempre que el primo p en la lista anterior es de la forma $5+8t$, donde t es un entero impar. Una lista más completa de valores de p que no cumplen la condición anterior se muestra a continuación

  1. $p^k$\=(5+8(1))^1=13^1
  2. $p^k$\=(5+8(3))^1=29^1
  3. $p^k$\=(5+8(7))^1=61^1
  4. $p^k$\=(5+8(13))^1=109^1
  5. $p^k$\=(5+8(19))^1=157^1
  6. $p^k$\=(5+8(21))^1=173^1
  7. $p^k$\=(5+8(33))^1=269^1

El lector puede probar y comprobar por sí mismo que los componentes primos en la lista anterior violan la siguiente condición
$\sigma (n^2)\equiv gcd(n^2,\sigma (n^2))\equiv \sigma (p^k)/2\equiv 3\quad mod\quad 4\iff p\equiv k+4\quad (mod\quad 16)$

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