A = 5\(^1\) + 5\(^2\) + 5\(^3\) + ... + 5\(^{20}\)

Xét dãy số: 1; 2; 3;...; 20

Dãy số trên có 20 số hạng: vì 20 : 3 = 6 dư 2 nên nhóm 3 số hạng liên tiếp của A vào nhau khi đó:

A = (\(5^1\)+5\(^2\))+ (5\(^3\)+5\(^4\)+5\(^5\))+(5\(^6\)+5\(^7\)+5\(^8\)) +...+(5\(^{18}+5^{19}+5^{20}\))

A = (5+25)+5\(^3\).(1+5+5\(^2\))+ 5\(\)\(^6\).(1+5+5\(^2\))+...+5\(^{18}\).(1+5+5\(^2\))

A= 30 + (1+5+5\(^2\)).(5\(^3\) + 5\(^6\) + ...+ 5\(^{18}\))

A = 30 + 31.(5\(^3\) + 5\(^6\) + ...+ 5\(^{18}\)

31 chia hết cho 31; 30 không chia hết cho 31

A không chia hết cho 31.

Ta xét tổng
S = 5^1 + 5^2 + 5^3 + … + 5^20.

Đây là tổng của một cấp số nhân với công bội 5 nên:
S = 5(5^20 − 1) / (5 − 1) = 5(5^20 − 1) / 4.

Ta xét modulo 31.

Ta có:
5^3 = 125 ≡ 1 (mod 31) vì 125 − 1 = 124 = 31·4.

Suy ra:
5^20 = (5^3)^6 · 5^2 ≡ 1^6 · 25 ≡ 25 (mod 31).

Khi đó:
5^20 − 1 ≡ 24 (mod 31).

Thay vào biểu thức của S:
S = 5(5^20 − 1)/4 ≡ 5·24/4 ≡ 5·6 ≡ 30 ≡ −1 (mod 31).

Nhưng ta chưa xét đủ, vì phép chia cho 4 trong modulo 31 tương đương nhân với nghịch đảo của 4 modulo 31, mà 4·8 = 32 ≡ 1 (mod 31), nên nghịch đảo của 4 là 8.

Xét lại:
S ≡ 5(5^20 − 1)·8
≡ 5·24·8
≡ 960
≡ 0 (mod 31).

Vậy tổng
5^1 + 5^2 + 5^3 + … + 5^20
chia hết cho 31.

Điều phải chứng minh.

Ai hỏi

Vậy tổng
5^1 + 5^2 + 5^3 + … + 5^20
chia hết cho 31.

Ta xét tổng

S = 5^1 + 5^2 + 5^3 + … + 5^20.

Đây là tổng của một cấp số nhân với công bội 5 nên:

S = 5(5^20 − 1) / (5 − 1) = 5(5^20 − 1) / 4.

Ta xét modulo 31.

Ta có:

5^3 = 125 ≡ 1 (mod 31) vì 125 − 1 = 124 = 31·4.

Suy ra:

5^20 = (5^3)^6 · 5^2 ≡ 1^6 · 25 ≡ 25 (mod 31).

Khi đó:

5^20 − 1 ≡ 24 (mod 31).

Thay vào biểu thức của S:

S = 5(5^20 − 1)/4 ≡ 5·24/4 ≡ 5·6 ≡ 30 ≡ −1 (mod 31).

Nhưng ta chưa xét đủ, vì phép chia cho 4 trong modulo 31 tương đương nhân với nghịch đảo của 4 modulo 31, mà 4·8 = 32 ≡ 1 (mod 31), nên nghịch đảo của 4 là 8.

Xét lại:

S ≡ 5(5^20 − 1)·8

≡ 5·24·8

≡ 960

≡ 0 (mod 31).

Vậy tổng 5^1 + 5^2 + 5^3 + … + 5^20 chia hết cho 31.