余りで分けると証明が終わる - n の 2 乗と連続する整数の積
をどんな整数にしても、 を で割った余りは か にしかなりません。 は出てこない。
無限にある整数を 1 つずつ試したわけではありません。 で割った余りで 3 通りに分け、それぞれを調べただけです。
割り算の形を確かめる
整数 と正の整数 に対し、次をみたす と がただ 1 組だけ決まります[1]。
が商、 が余り。存在するだけでなく 1 組しかないところが効きます[2]。
余りの範囲が から に限られるので、整数全体が 個のグループに過不足なく分かれます。

で、余りは 。 と書いても等式は正しいものの、 は より大きいので余りではありません。
余りで整数を分ける
で割った余りが 、、 のどれになるかで、整数を 3 つの組に分けます。
どの整数もこのどれか 1 つにあてはまる。すべてを尽くしていて、しかも重なりがありません。
したがって、3 つの場合それぞれで成り立つと示せば、すべての整数について示したことになります。
上の行は をくり返し、下の行は をくり返します。 が現れないことが見てとれる。
例:n の 2 乗を 3 で割った余り
3 通りに分けて、それぞれ平方を計算します。
余りはそれぞれ 、、。よって を で割った余りは か に限られます。
が の倍数のときだけ余りが になる。裏を返すと、 が の倍数なら も の倍数です。
例:n の 2 乗を 4 で割った余り
今度は偶奇の 2 通りで足ります。 なら で余り 。
なら で余り 。 で割ると や が余ることはありません。
さらに は連続する 2 整数の積なので偶数。だから奇数の平方は で割っても余りが です。
| 割る数 | の分け方 | の余り |
|---|---|---|
| 、 | 、 | |
| 、 | 、 | |
| 、、奇数 | 、、 |
例:平方数の下 1 桁
で割った余りを見ると、下 1 桁が分かります。 の下 1 桁が から の 10 通りで足りる。
平方の下 1 桁は となります。現れるのは の 6 種類だけ。
下 1 桁が 、、、 の数は平方数になりません。 や は、計算せずに除外できます。
例:3 の倍数になる 2 乗の和
が の倍数なら、 も も の倍数だと示せます。
平方を で割った余りは か でした。和が の倍数、つまり余り になる組み合わせを探します。
、、。余りが になるのは だけなので、両方とも の倍数です。
この議論が通るのは、平方の余りが と の 2 種類しかないからです。
もし も現れるなら の組も余り になり、結論が言えなくなる。
連続する整数の積
連続する 2 つの整数 、 には、必ず偶数が 1 つ含まれます。だから積は の倍数。
連続する 3 つなら、 の倍数と の倍数がそれぞれ必ず入ります。積は の倍数になる。
窓をどこへずらしても、緑と赤が 1 つずつ入ります。 と は互いに素なので、積は で割り切れる。
一般には k 個で k の階乗
連続する 個の整数の積は、 で割り切れます。二項係数がつねに整数になることと同じ事実です[3]。
左辺は「 個から 個を選ぶ場合の数」なので整数。すると右辺の分子は で割り切れるほかありません。
連続 4 個なら の倍数、連続 5 個なら の倍数。 が大きくなるほど強い主張になります。
例:n の 3 乗から n を引く
が の倍数だと示します。因数分解から始めるのが早い。
連続する 3 整数の積になりました。したがって の倍数です。 なら 、 なら 。
余りで分類しても示せます。ただ、連続する整数の形に持ち込むほうが手数は少ない。
例:n の 5 乗から n を引く
は の倍数になります。 なので、 と に分けて考える。
前の 3 つが連続なので の倍数。残るのは で割り切れるかどうかです。
が の倍数なら終わり。そうでなければ を で割った余りは か で、 の余りは になります。
の が の倍数。どちらの場合も で割り切れました。
答えを確かめる
主張が正しそうかは、小さい数で試すのが早い。 から まで を並べると 。
どれも の倍数です。反例が 1 つでも出れば、証明を始める前に誤りが分かります。
場合分けが尽くせているかも確かめます。 で割るなら 3 通り、 なら 4 通り。数が合わなければ、どこかを落としている。
整数 に対して を で割った余りとして、現れないものはどれですか。
- 0
- 4
- 3
まちがえやすい点
余りで分ければ、無限にある整数が有限個の場合に変わる。証明の道具としては、これがいちばん手前にあります。













n を 5k,5k±1,5k±2 に分けると、n2 の余りは 0、1、4 の 3 種類になります。2 と 3 は現れません。