Feladat: B.3382 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: könnyű
Füzet: 2001/március, 151 - 152. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Prímszámok, Oszthatósági feladatok, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2000/szeptember: B.3382

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A feladat szeptemberben közölt szövegéből véletlenül kimaradt, hogy a 17 pozitív prímszám mind különböző legyen. Ha ezt nem tesszük fel, akkor nem igaz az állítás. A most következő vizsgálódásból kiderül, milyen esetben igaz, és mikor nem, hogy ha 17 pozitív prímszám négyzetének összege négyzetszám, akkor a két legnagyobb négyzetének különbsége osztható a legkisebbel.
Ismeretes ‐ és könnyen ellenőrizhető ‐ az alábbi állítás.
(*) A 3-mal nem osztható számok négyzete 3-mal osztva 1-et ad maradékul.
Így, ha az adott prímek között nincsen 3-mal osztható ‐ azaz nincs ott maga a 3 ‐, akkor 17 darab 3-mal 1 maradékot adó szám összegeként nem kaphatunk négyzetszámot.
Számaink között tehát ott van a 3, és így e prímek legkisebbike a 2 vagy a 3. A feladat állítása most már azon múlik, hogy a két legnagyobb prím négyzetének a különbsége osztható-e 2-vel, illetve 3-mal.
Az előbbi csak akkor nem teljesül, ha a két legnagyobb prím egyike páros ‐ azaz 2 ‐, a másik pedig páratlan. Láttuk, hogy a 17 prím között szerepel a 3 is, így az állítás csak abban az esetben nem teljesül, ha a 17 szám közül 16 darab 2-vel egyenlő, a 17-edik pedig 3. E számok négyzetösszege, 164+9=73 viszont nem négyzetszám, így ekkor a feltétel nem teljesül. A feladat állítása tehát minden további megszorítás nélkül igaz, ha az adott prímek legkisebbike a 2.
Hasonló jellegű feltételt kapunk abban az esetben is, ha a legkisebb előforduló prím a 3. A (*) állítás miatt két szám négyzetének a különbsége akkor nem osztható 3-mal, ha két szám közül pontosan az egyik osztható 3-mal. Ez azt jelenti, hogy amennyiben a legkisebb prím a 3, akkor csak azt az esetet kell megvizsgáunk, amikor a két legnagyobb prím egyike szintén 3-mal egyenlő; így persze a további 14 értéke is 3.
Ekkor p1=p2=...=p16=3<p17. A feltétel most azt jelenti, hogy 1632+p172=122+p172=m2 valamilyen pozitív m egészre. Rendezés után p172=m2-122=(m-12)(m+12) adódik, és itt a tényezők nyilván pozitívak. Egy prímszám négyzete csak úgy írható két különböző pozitív szám szorzataként, ha a tényezők közül a kisebbik értéke 1. (A nagyobbik természetesen p172.) Ez pedig lehetséges, hiszen ha m=13, akkor valóban egy prímszám, az 5 négyzetét kapjuk. A talált ‐ és a fentiek szerint az egyetlen ‐ ellenpélda: p1=p2=...=p16=3 és p17=5, e tizenhét prímszám négyzetösszege 144, és a két legnagyobb négyzetének különbsége, 16, nem osztható 3-mal, a legkisebbik előforduló prímszámmal.
A feladat állítása minden olyan kiegészítő feltétel esetén igaz lesz, amelyik a talált ellenpéldát kizárja. Ilyen feltétel nyilván sok adható, egy viszonylag természetesen hangzó megszorítás, ha föltesszük, hogy a 17 prím között nincsenek egyenlők.