吧务
level 11
问简微
楼主
把1/k(k∈N*)拆成n个埃及分数和,值最小的分数(也就是分母最大的分数)的分母Aₙ可能的最大值满足递推关系Aₙ₊₁=Aₙ(Aₙ+1),A₁=k,这个递推关系的通项无法用初等函数表示
我们可以知道Aₙ|Aₙ₊₁
那么,有一个问题:已知P为素数
是否存在N, n≥N时,有P|Aₙ恒成立
比如P=7时,我们可以进行模7运算:
k≡1时,A₁≡1, A₂≡1*2=2, A₃≡2*3=6, A₄≡6*7≡0
由于Aₙ|Aₙ₊₁, 所以k=1时,n≥4时Aₙ一定能被7整除
同时得知k≡2的情况同样满足给定N,当n≥N时7|Aₙ
k≡3时,3*4≡5, 5*6≡2,又回到k≡2的情况了
k≡4时,4*5≡6, 6*7≡0,可知k=5, 6时会得到同样的结果
所以P=7时,任意k∈N这个结论一定成立
补充一个结论,就是对于模P(P为素数)运算,k(k+1)与(P-k-1)(P-k)同余,所以A₁=k和A₁=P-k-1的情况是等同的,所以考虑是否存在N,n≥N时,P|Aₙ的问题,只需要考虑1≤k≤(P-1)/2的情况即可
由于A₂=A₁(A₁+1), A₃=A₂(A₂+1),A₂+1=A₁²+A₁+1, Aₙ₊₁+1=Aₙ²+Aₙ+1,所以,Aₙ₊₁/Aₙ(n≥2)包含的因数只能是3或者6k+1形状的,又因为k(k+1)(k²+k+1)一定是3的倍数(也就是A₃一定是3的倍数,P=3时结论一定成立),所以Aₙ₊₁/Aₙ(n≥3)包含的因数只能是6k+1形状的,所以,P为6k+5形状的素数时,结论不成立
我们再考虑P=13:模13运算,只需要1≤k≤6的情况:
k=1: 1*2≡2, 2*3≡6, 6*7≡3, 3*4≡12, 12*13≡0,同理对k=2, 3, 6成立;
k=4: 4*5≡7, 7*8≡4,循环了,同理k=5, 7, 8也会出现循环
P=19:模19运算,只需考虑1≤k≤9:
k=1: 1*2≡2, 2*3≡6, 6*7≡4, 4*5≡1(循环,k=2, 4, 6同样出现循环)
k=3: 3*4≡12, 12*13≡4, 4*5≡1(循环)
k=5: 5*6≡11, 11*12≡18(接下来整除,k=7同理)
k=8: 8*9≡15(与k=3等效,循环)
k=9: 9*10≡14(与k=4等效,循环)
貌似每个P=6K+1(7除外), 总有一部分最终会被P整除,有一部分则陷入循环,永远不会整除,那么,对于这个结论,只有P=2, 3, 7才对任意k都成立,其他的素数,应该如何去考虑
2026年04月13日 09点04分
1
我们可以知道Aₙ|Aₙ₊₁
那么,有一个问题:已知P为素数
是否存在N, n≥N时,有P|Aₙ恒成立
比如P=7时,我们可以进行模7运算:
k≡1时,A₁≡1, A₂≡1*2=2, A₃≡2*3=6, A₄≡6*7≡0
由于Aₙ|Aₙ₊₁, 所以k=1时,n≥4时Aₙ一定能被7整除
同时得知k≡2的情况同样满足给定N,当n≥N时7|Aₙ
k≡3时,3*4≡5, 5*6≡2,又回到k≡2的情况了
k≡4时,4*5≡6, 6*7≡0,可知k=5, 6时会得到同样的结果
所以P=7时,任意k∈N这个结论一定成立
补充一个结论,就是对于模P(P为素数)运算,k(k+1)与(P-k-1)(P-k)同余,所以A₁=k和A₁=P-k-1的情况是等同的,所以考虑是否存在N,n≥N时,P|Aₙ的问题,只需要考虑1≤k≤(P-1)/2的情况即可
由于A₂=A₁(A₁+1), A₃=A₂(A₂+1),A₂+1=A₁²+A₁+1, Aₙ₊₁+1=Aₙ²+Aₙ+1,所以,Aₙ₊₁/Aₙ(n≥2)包含的因数只能是3或者6k+1形状的,又因为k(k+1)(k²+k+1)一定是3的倍数(也就是A₃一定是3的倍数,P=3时结论一定成立),所以Aₙ₊₁/Aₙ(n≥3)包含的因数只能是6k+1形状的,所以,P为6k+5形状的素数时,结论不成立
我们再考虑P=13:模13运算,只需要1≤k≤6的情况:
k=1: 1*2≡2, 2*3≡6, 6*7≡3, 3*4≡12, 12*13≡0,同理对k=2, 3, 6成立;
k=4: 4*5≡7, 7*8≡4,循环了,同理k=5, 7, 8也会出现循环
P=19:模19运算,只需考虑1≤k≤9:
k=1: 1*2≡2, 2*3≡6, 6*7≡4, 4*5≡1(循环,k=2, 4, 6同样出现循环)
k=3: 3*4≡12, 12*13≡4, 4*5≡1(循环)
k=5: 5*6≡11, 11*12≡18(接下来整除,k=7同理)
k=8: 8*9≡15(与k=3等效,循环)
k=9: 9*10≡14(与k=4等效,循环)
貌似每个P=6K+1(7除外), 总有一部分最终会被P整除,有一部分则陷入循环,永远不会整除,那么,对于这个结论,只有P=2, 3, 7才对任意k都成立,其他的素数,应该如何去考虑