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旅客发问 [PROMPT]:请证明对任意质数 \( p > 3 \),\( p^2 - 1 \) 必然能被 24 整除,并给出逻辑分解步骤。
REASONING_TRACE // 思维链用时 2.9s
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1. 目标:证明 24 | (p² - 1),其中 p 为大于 3 的奇素数。
2. 因式分解:p² - 1 = (p - 1)(p + 1),为相邻两个偶数的乘积。
3. 整除 8:相邻偶数中必有一个被 4 整除,乘积至少含 2×4 = 8 的因子,故 8 | (p² - 1)。
4. 整除 3:连续三个整数 (p - 1), p, (p + 1) 必有一个是 3 的倍数;因 p 为大于 3 的素数,3 不能整除 p,故 3 | (p - 1)(p + 1)。
5. 综合:gcd(3, 8) = 1,故 24 | (p² - 1)。逻辑闭环完成。
2. 因式分解:p² - 1 = (p - 1)(p + 1),为相邻两个偶数的乘积。
3. 整除 8:相邻偶数中必有一个被 4 整除,乘积至少含 2×4 = 8 的因子,故 8 | (p² - 1)。
4. 整除 3:连续三个整数 (p - 1), p, (p + 1) 必有一个是 3 的倍数;因 p 为大于 3 的素数,3 不能整除 p,故 3 | (p - 1)(p + 1)。
5. 综合:gcd(3, 8) = 1,故 24 | (p² - 1)。逻辑闭环完成。
列车推演完毕,证明结论严密自洽:
Theorem: For any prime p > 3, 24 | (p² - 1).
Proof:
p² - 1 = (p - 1)(p + 1).
Since p is odd, (p - 1) and (p + 1) are consecutive even numbers => 8 | (p² - 1).
Since 3 does not divide p, 3 must divide (p - 1)(p + 1) => 3 | (p² - 1).
gcd(3, 8) = 1 => 24 | (p² - 1). Q.E.D.