證明任何正整數的平方不可能是 5q + 2 或 5q + 3 的形式,其中 q 為任何整數。
已知:
"任何正整數的平方不可能是 5q+2 或 5q+3 的形式,其中 q 為任何正整數"。
要求:
我們必須證明給定的陳述。
解答
根據歐幾里得除法引理:
如果 a 和 b 是兩個正整數;
- a = bm + r,其中 0 ≤ r < b。
如果 b = 5,則:
- a = 5m + r,其中 0 ≤ r < 5。
- 所以,r = 0, 1, 2, 3, 4
當 r = 0 時
a = 5m
兩邊平方,我們得到:
a² = (5m)²
a² = 25m²
a² = 5(5m²)
a² = 5q,其中 q = 5m²
當 r = 1 時
a = 5m + 1
兩邊平方,我們得到:
a² = (5m + 1)²
a² = 25m² + 10m + 1
a² = 5(5m² + 2m) + 1
a² = 5q + 1,其中 q = 5m² + 2m
當 r = 2 時
a = 5m + 2
兩邊平方,我們得到:
a² = (5m + 2)²
a² = 25m² + 20m + 4
a² = 5(5m² + 4m) + 4
a² = 5q + 4,其中 q = 5m² + 4m
當 r = 3 時
a = 5m + 3
兩邊平方,我們得到:
a² = (5m + 3)²
a² = 25m² + 30m + 9
a² = 25m² + 30m + 5 + 4
a² = 5(5m² + 6m + 1) + 4
a² = 5q + 4,其中 q = 5m² + 6m + 1
當 r = 4 時
a = 5m + 4
兩邊平方,我們得到:
a² = (5m + 4)²
a² = 25m² + 40m + 16
a² = 25m² + 40m + 15 + 1
a² = 5(5m² + 8m + 3) + 1
a² = 5q + 1,其中 q = 5m² + 8m + 3
因此,任何正整數的平方都不可能是 5q+2 或 5q+3 的形式,其中 q 為任何正整數。
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