8 votos

Demostrar que para cualquier número entero $n, n^2+4$ no es divisible por $7$.

La pregunta le dice que use el Teorema de la División de, aquí va mi intento:

Cada número entero se puede expresar en la forma $7q+r$ donde $r$ es uno de $0,1,2,3,4,5$ o $6$ $q$ es un número entero $\geq0$.

$n=7q+r$

$n^2=(7q+r)^2=49q^2+14rq+r^2$

$n^2=7(7q^2+2rq)+r^2$

$n^2+4=7(7q^2+2rq)+r^2+4$

$7(7q^2+2rq)$ es divisible por $7$ o es $0$ (al $q=0$), por lo que es $r^2+4$ que nos ocupa.

Suponga que $r^2+4$ es divisible por 7. A continuación, $r^2+4=7k$ para algunos entero $k$.

Este es el problema original se nos plantearon, excepto mientras que $n$ podría ser cualquier número entero, $r$ es restringida a ser uno de $0,1,2,3,4,5$ o $6$.

A través de ensayo y error, vemos que no es un valor válido de $r$ satisface $r^2+4=7k$, por lo que hemos demostrado nuestra teorema de contradicción.

Estoy bastante seguro de que este es el equivocado en algún lugar, o al menos no es la prueba de que la cuestión de la intención. Cualquier ayuda se agradece.

8voto

ya que tenemos $$n\equiv 0,1,2,3,4,5,6\mod 7$$ we get $% $ $n^2\equiv 0,1,2,4\mod 7$por lo tanto $$n^2+4\equiv 1,4,5,6\mod 7$ $

3voto

Peter Szilas Puntos 21

La prueba es correcta (Comentario de fleablood). Me permito reformular un poco:

$A(n):= n^2 +4$; $B(r,q) = 7 q^2 + 2rq;$

$A(n) = 7B(r,q) + (r^2 +4)$.

Bastante simple demostrar que:

es divisible por $A(n)$ $7 \iff $

$(r^2 +4)$ es divisible $ n.$

Por la inspección

$(r^2 +4) , r = 0,1,2,3,4,5,6,$

no es divisible por $7$.

$\Rightarrow$: no es divisible por $A(n)$ $7$.

2voto

fleablood Puntos 5913

A través de ensayo y error, vemos que no es un valor válido de r satisface r2+4=7k

así que hemos demostrado nuestra teorema de contradicción.

Estoy bastante seguro de que este es el equivocado en algún lugar o, al menos, no es la prueba de que la cuestión de la intención. Cualquier ayuda sería apreciado.

A través de ensayo y error que hiciste $7$ cálculos. Esto está bien y es aceptable. Los cálculos son que no divisible por $7$ y se demostró la si $n^2 +4$ fueron siempre divisible por $7$ $r^2 +4$ tendría que ser una que mostraba, no se puede. Fin de la historia. Buen trabajo.

Pero es bastante insatisfactoria a do $7$ cálculos fuera de la página y decir "Usted puede comprobar por vosotros mismos, por ahora tome mi palabra para ella".

He aquí un impermeable manera de decir exactamente lo mismo:

Tenemos que demostrar que el $n^2 + 4 \not \equiv 0 \mod 7$.

Si $n^2 + 4 \equiv 0 \mod 7$ $n^2 \equiv 3 \mod 7$

Ahora no y $7$ residuo de clases modulo $7$. Son$[0], [1],[2], [3], [-3]=[4], [-2]=[5],$$[6] =[-1]$.

Así que hay $7$ de los casos para comprobar.

Caso 1: $n \equiv 0\implies n^2 \equiv 0 \not \equiv 3 \mod 7$.

Caso 2: $n \equiv \pm 1 \implies n^2 \equiv 1 \not \equiv 3 \mod 7$.

Caso 3: $n \equiv \pm 2 \implies n^2 \equiv 4 \equiv -3 \not \equiv 3 \mod 7$.

Caso 4: $n \equiv \pm 3 \implies n^3 \equiv 9\equiv 2 \not \equiv 3 \mod 7$.

Hemos terminado.

Un poco más avanzado: $0 = 0; 1 = 1; 2=3-1; 3=3;$$4... 6 \equiv -3...-1$.

Por lo $n \equiv \pm (3k \pm i)$ donde $k,i \in \{1,0\}$

$n^2 \equiv (\pm (3k \pm i))^2 \equiv 9k^2 \pm 6ki + i^2 \equiv 2k^2 \mp ki + i^2$ 8 posibles valores dependiendo de si $k,i$ igual $0$ o $1$ y si el $\pm$ es un signo más o un signo menos.

Si $k = 0$ $n^2 \equiv i^2$ es $0,1$ dependiendo del valor de $i$.

Si $k = 1$$n^2 \equiv 2\mp i + i^2$. Que es $2$ o $4$ dependiendo del valor de $i$ y el sinage de $\mp$.

Pero eso es probablemente demasiado obtuso, ¿no?

2voto

David HAust Puntos 2696

La prueba es correcta. Si usted sabe congruencias, a continuación, podemos simplificar la primera mitad como

$$ \bmod 7\!:\,\ n\equiv r\,\Rightarrow\, n^2+4\equiv r^2+4$$

por el estándar de la Congruencia de las Reglas (Suma y el Producto, o el Polinomio de Reglas).

El trabajo en su fuerza bruta comprobar que $\,r^2+4\,$ no tiene raíces puede ser reducido a la mitad mediante una equilibrada o firmado el residuo de sistema de $\, r\equiv \pm\{0,1,2,3\}\,\Rightarrow\,r^2\equiv \{0,1,4,2\}\Rightarrow\,r^2+4\equiv \{4,5,1,6\}$

Como alternativa, más simplemente, $\,r^2\equiv -4\equiv 3\,\Rightarrow\,r\not\equiv0\,\Rightarrow\,r^6\equiv 3^3\equiv -1\,$ contra poco de Fermat (este es un caso especial de Euler del criterio de plazas).

1voto

alex.peter Puntos 59

La cuestión se reduce a 3 siendo un residuo cuadrático módulo 7 o no de residuos

$$n^2+4 \equiv 0 \; (mod\;7)$$ $$n^2\equiv 3 \;(mod\;7)$$

Para ello contamos con el símbolo de Legendre

$$\left ( \frac{a}{p} \right )=\begin{cases} & 1\text{ if }a\text{ is a quadratic residue modulo }p\text{ and }p\text{ does not divide }a \\ & -1\text{ if }a\text{ is a quadratic non-residue modulo }p \\ & 0\text{ if }p\text{ divides }a \end{casos}$$

calculado como

$$\left ( \frac{a}{p} \right )=a^{\frac{p-1}{2}}$$

Así

$$3^{\frac{7-1}{2}} \equiv 3^{3} \equiv 27 \equiv -1 \;(mod\;7)$$

haciendo $3$ un no-residuo modulo $7$.

Por lo tanto no es $n$ que resuelve la congruencia de lo $n^2+4$ no es divisible por $7$ cualquier $n$.

Un poco más avanzado paso que se aplica la Ley de la reciprocidad cuadrática daría ese $3$ es un residuo de $p$ si y sólo si

$$p \equiv \; 1, \; 11 \; (mod \; 12)$$

y $7$ no pertenecen a este grupo, obviamente.

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