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書記が数学やるだけ#580 ガウス素数に関する入試問題

    ガウス素数については,複素数と整数の融合問題として出題されることがある。


    問題

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    解答

    いかにも複素数を代入するかにような書き方だが,それだと一気に難しくなる。ここではノルムを考えると簡単に解くことができる。

    数学やるだけ解答#580_page-0001


    ②は長文であるが,実際には文章を辿っていくだけで解ける。

    数学やるだけ解答#580_page-0002


    数学やるだけ解答#580_page-0003


    (i)-(iii)の操作を1回施したものはいずれも(Q)をみたす。

    数学やるだけ解答#580_page-0004


    ここで変化しないケースは(ii)のみで考えられ,その条件を示すことができる。

    数学やるだけ解答#580_page-0005


    (i)-(iii)の操作を2回施すと元に戻る。よって(Q)を満たす組は奇数個あるとわかる。

    数学やるだけ解答#580_page-0006


    もしb≠cならば(4)に矛盾するので,b=cが成り立ち,目当ての式を得る。これは,4k+1型の素数は2つの平方数の和に分解できることの別証明である。

    数学やるだけ解答#580_page-0007


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