Feladat: B.4191 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Ágoston Tamás ,  Blázsik Zoltán ,  Bodor Bertalan ,  Éles András ,  Huszár Kristóf ,  Kiss Melinda Flóra ,  Lovas Lia Izabella ,  Márkus Bence ,  Mester Márton ,  Nagy Donát ,  Perjési Gábor ,  Somogyi Ákos ,  Varga László 
Füzet: 2011/szeptember, 347 - 348. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Feladat, Maradékos osztás, kongruenciák, Indirekt bizonyítási mód, Fermat tétele
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2009/május: B.4191

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

Az a=1, b=1, c=1 teljesíti a feltételeket. Belátjuk, hogy más megoldás nincs.
Ha a, b, c valamelyike 1 (a szimmetria miatt föltehetjük, hogy ez a), akkor a többi is 1, hiszen b2a-1=1 miatt b=1, végül c2b-1=1 miatt c=1.
A továbbiakban föltesszük, hogy a,b,c1. Teljes indukcióval bebizonyítjuk, hogy a, b és c egyike sem osztható semmilyen p prímmel.
Mivel 2a-1, 2b-1 és 2c-1 páratlan számok, azért a, b és c nem osztható 2-vel. Tegyük fel, hogy egy p3 prím esetén a p-nél kisebb összes prímre igaz, hogy nem osztója a, b, c-nek. Belátjuk, hogy ekkor p sem osztója egyik számnak sem.
Ezt az állítást indirekt látjuk be. Tegyük fel, hogy p osztója a három szám egyikének, mondjuk a-nak. Ekkor a2c-1-ből p2c-1 következik. A kis Fermat-tétel szerint p2p-1-1. Jelölje d a legkisebb olyan pozitív egész kitevőt, amelyre p2d-1 teljesül. Mivel a 2-hatványok p-vel való osztási maradékai periodikusan ismétlődnek, így ezekből az következik, hogy c és p-1 is többszöröse d-nek. A d nyilván nem 1 (hiszen 21=2 semmilyen prímmel osztva
nem ad 1 maradékot), tehát van prímosztója, és ez csak p-nél kisebb lehet (hiszen legföljebb p-1). Így c osztható egy p-nél kisebb prímmel. Ez az indukciós föltevés miatt ellentmondás, vagyis az eredeti feltevésünk hamis volt: nem lehet osztható p-vel a három szám egyike sem. Ezzel az indukciós lépést befejeztük.
Tehát valóban az a=1, b=1, c=1 az egyetlen megoldás.

 

 Ágoston Tamás