Тема . Остатки и сравнения по модулю

Показатели и первообразные корни

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела остатки и сравнения по модулю
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#98618

Найдите все простые p =5k+ 1  такие, что остатки чисел 15,25,...,k5  при делении на p  различны.

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Для начала стоит понять хоть что-то про вычеты пятой степени. Поймите сколько их, как они устроены. Для этого обратитесь к первообразным корням.

Подсказка 2

Докажите, что вычетов пятой степени ровно k, и их можно записать как первообразный корень в степенях 1, 2, 3, ..., k. Непонятно, как в терминах первообразных корней понять, что нужные нам числа - это именно 1, 2, 3, ..., k. Раз не получается сказать про объекты по отдельности, то нужно посмотреть сразу на все объекты. Рассмотрите какие-либо симметричные функции от k переменных.

Подсказка 3

Вычеты пятой степени, как мы уже поняли, образуют геом. прогрессию. У нее хорошо считается сумма и оказывается, что по модулю p она равна 0. Тогда и сумма пятых степеней чисел 1, 2, 3, ..., k равна 0. Как ее можно посчитать?

Подсказка 4

Попробуйте выразить сумму пятых степеней первых чисел через симметрические функции, либо угадать ответ и проверить его по индукции.

Показать ответ и решение

Для начала покажем, что вычетов пятой степени ровно k  по модулю p=5k +1.

Пусть α − первообразный корень по модулю p= 5k+ 1.  Тогда все ненулевые остатки можно записать как  0  1 2    5k−1
α ,α ,α ...α   .  Так как α− первообразный корень, то если пятые степени каких-то остатков  x  y
α ,α  совпадают, то 5x− 5y  кратно 5k,  то есть x− y  кратно    k,  значит, все остатки разбиваются на k  групп по 5  чисел, пятые степени которых дают одинаковый результат по модулю p.

Все эти остатки пятой степени можно записать как  0 5  10    5k−5
α,α ,α ...α   .  Сумма всех этих остатков равна α5k−1
α5−1 ≡ 0 (mod p).

Значит, если остатки чисел  5 5     5
1 ,2,...,k  при делении на p  различны, то это все остатки пятой степени, а, значит, по доказанному ранее сумма пятых степеней этих чисел равна нулю по модулю p.  Воспользуемся следующей формулой

                   k2(k+ 1)2(2k2+2k− 1)
15+ 25+35+ ⋅⋅⋅+ k5 =--------12--------

которую можно доказать по индукции. Если это выражение равно нулю по модулю 5k+1,  то 2k2+ 2k− 1  кратно p.  Далее все сравнения по модулю p.

2k2+ 2k− 1≡0 ⇔ 2k2 +7k≡ 0⇔ 2k+ 7≡ 0⇔ 10k+ 35≡ 0⇔ 33≡ 0

Тогда p =11.  Нетрудно проверить, что такое p  действительно подходит.

Ответ:

 p =11

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!