Feladat: B.5235 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Bényei Borisz 
Füzet: 2022/május, 288. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Matematika, Feladat, Fibonacci-sorozat, Prímszámok, Maradékos osztás, kongruenciák
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2022/március: B.5235

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

Az n-edik Fibonacci-számot Fn-nel jelöljük. Vizsgáljuk meg a Fibonacci-számok négyes maradékát, az előző két szám összege a következő (a sorozat definíciójából adódóan). Az első két szám maradéka 1, a harmadiké 1+1=2, a negyediké 2+1=3, az ötödiké 3+2=51, a hatodiké 1+3=40, a hetediké 1+0=1, a nyolcadiké 1+0=1 és innentől ismétlődik, mivel a következő szám csak az előző kettőtől függ. Láthatjuk, hogy hatos periódusonként ismétlődnek a számok, a 0 és a 2 maradékú biztosan páros, ezért nem lehet 3-nál nagyobb prím. Az egyetlen 4k+3 alakú ebben a negyedik, tehát a sorozatban az ilyen számok az F6l+4 alakúak, ahol l nemnegatív egész. Mivel 6l+4 páros, így felírható 2n alakban, ahol n=3l+2, ahol n2.
A Fibonacci-sorozattal kapcsolatban sok közismert azonosság létezik (lásd korábbi cikkünket: Énekes Béla ‐ Kós Géza: Néhány érdekesség a Fibonacci- és a Fibonacci-típusú sorozatokról, amely ezen a linken érhető el:

illetve
Az ismert tételek közül most a teljes indukcióval könnyen belátható
Fn+k-1=FnFk+Fn-1Fk-1
azonosságot alkalmazzuk (a cikkben a 4. oldalon (6)-os számmal található meg). Alkalmas (k-1=n) helyettesítéssel kapjuk, hogy
F2n=FnFn+1+Fn-1Fn=Fn(Fn+1+Fn-1),
ami azt jelenti, hogy FnF2n, vagyis, ha F2n prímszám, akkor Fn=1 vagy Fn=F2n. Utóbbi ellentmondás, hiszen a Fibonacci-sorozat n2-re szigorúan monoton növekedő. Ha pedig Fn=1, akkor n=1 vagy n=2, azonban az n2 feltétel miatt csak az n=2 esetet kell vizsgálnunk. Ekkor F2n=F4=3, tehát valóban 4k+3 alakú prímszámot kaptunk. Több eset nincs, így beláttuk, hogy a Fibonacci-számok közül az egyetlen 4k+3 alakú prím a 3, azaz a Fibonacci-sorozatban szereplő, 3-nál nagyobb prímszámok szükségképpen 4k+1 alakúak. Ezzel a bizonyítást befejeztük.
 

Bényei Borisz (Budapesti Fazekas M. Gyak. Ált. Isk. és Gimn., 10. évf.) dolgozata alapján