「数論とPython」シリーズの 素数と合成数の練習問題集です。 下に行くほど難易度が上がっています。
自然数$n$の階乗とは, $1$から$n$までの全ての自然数の積のことで$n!$と書きます。 $n$を$2$以上の自然数とします。 そして, $k$を$1 < k\leq n$を満たす自然数とします。 このとき, $n!+k$は合成数であることを証明してください。
整数$a$, $b$の最大公約数が$1$のとき, $a$と$b$は互いに素と言います。 整数$a$と$b$を互いに素とします。 すると, 任意の整数$c$に対して, $x$と$y$を変数とする方程式 \[ax+by = c\] は解$(x,y)$を持つことを証明してください。
$n$を平方数ではない自然数とする。 (平方数とはある自然数の2乗で表すことのできる数のことです。) このとき, $n$の平方根$\sqrt{n}$は無理数であることを証明してください。
$a, b$を互いに素な整数とします。 また, $5a+b \neq 0$であると仮定します。 このとき,分数$\frac{16a+3b}{5a+b}$が既約分数であることを証明してください。
natural-numbers-n-such-that-n-plus-1-divides-n-squared-plus-1
自然数$n$で$n+1$が$n^2+1$を割り切るものを全て求めてください。
(1) 任意の整数$a, b$が次の恒等式を満たすことを証明してください。 \[a^4+4b^4 = (a^2+2ab +2b^2)(a^2-2ab + 2b^2)\]
(2) $b>1$のとき, $a^4+4b^4$は合成数であることを証明してください。
(3) $41^4 + 4^{41}$が素数か合成数であるかを判定してください。
(4) 次の条件を満たす自然数$m$が無限個存在することを証明してください。 条件「任意の自然数$n$に対して$n^4+m$が合成数となる。」
(5) 任意の自然数$n>1$に対して, $n^4 + 4^n$が合成数となることを示してください。