(この発言は論証及び書き方の練習も兼ねています。 わかりにくいところ・不備があれば適宜御指摘ください。)
次の論証は正しいでしょうか? (冗長部分はなるべく排除したつもりですが まだちょっと長くなってます)
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/**********************/ 本論証の目的は
命題A⇔命題Bを示すこと。 /**********************/
/*--------------------------*/ 命題A: 「双子素数は無限組存在する」 /*--------------------------*/
※命題A自体は正しいかどうか未解決問題。
/*-------------------------------*/ 命題B: 「(a,bは自然数として) 6ab-a-b, 6ab+a-b, 6ab+a+b のいずれの形式でも表せない自然数が 無限に存在する」 /*-------------------------------*/
そのために次の補題Y,Z,W が成り立つ事から先に示す。 /****************************/ 補題Y:
6m-1=QR(m,Q,R:自然数)の時
Q≡1かつR≡-1(mod.6) か Q≡-1かつR≡1(mod.6) のいずれかになる。 /****************************/ /****************************/ 補題Z:
6m+1=QR(m,Q,R:自然数)の時
Q≡-1かつR≡-1(mod.6) か Q≡1かつR≡1(mod.6) のいずれかになる。 /****************************/
/************************/ 補題W:
命題C⇔命題D /************************/
/*-------------------------------*/ 命題C: 「mを自然数として (6m-1,6m+1)は双子素数ではない。」 /*-------------------------------*/
/*-------------------------------*/ 命題D: 「mは6ab-a-b形式で表せる または mは6ab+a-b形式で表せる または mは6ab+a+b形式で表せる (m,a,b:自然数)」 /*-------------------------------*/
/******************************************/ /** 以下、順に証明する ********************/ /******************************************/
1:補題Yの証明 2:補題Zの証明 3:補題Y,Zを用いて __補題Wのうち、命題C⇒命題Dの証明 4:補題Wのうち、命題D⇒命題Cの証明 5:¬命題C⇔¬命題Dの証明(確認) 6:命題A⇔命題Bの証明
の順に証明する。
/******************************************/
【1:補題Yの証明】
Q,Rと積QRのmod.6に関する剰余表を考えると
___Q____0___1___2___3___4___5 _R____QR _0______0___0___0___0___0___0 _1______0___1___2___3___4___5 _2______0___2___4___0___2___4 _3______0___3___0___3___0___3 _4______0___4___2___0___4___2 _5______0___5__ 4___3___2___1
6m-1=QR≡5(≡-1)(mod.6)を満たすのは Q≡1かつR≡5≡-1(mod.6) の場合か Q≡5≡-1かつR≡1(mod.6) の時のみ。 よって、補題Yは成り立つ。
/**************************************/
【2:補題Zの証明】
(【1】とほぼ同様に、)
Q,Rと積QRのmod.6に関する剰余表を考えると
___Q____0___1___2___3___4___5 _R____QR _0______0___0___0___0___0___0 _1______0___1___2___3___4___5 _2______0___2___4___0___2___4 _3______0___3___0___3___0___3 _4______0___4___2___0___4___2 _5______0___5__ 4___3___2___1
6m+1=QR≡1(mod.6)を満たすのは Q≡1かつR≡1(mod.6) の場合か Q≡5≡-1かつR≡5≡-1(mod.6) の時のみ。 よって、補題Zは成り立つ。
/**************************************/
【3:補題Wのうち、命題C⇒命題Dの証明】
mを自然数として (6m-1,6m+1)が双子素数でないとき、 6m-1,6m+1の少なくとも一方は素数ではない。 これより、
《3−1:6m-1が素数ではない時》
6m-1は奇数で3の倍数でないから 約数に2及び3を含まない。 また、6m-1≡-1(mod.6)
よって、適当な自然数q1,r1をとって
6m-1=(6q1-1)(6r1+1)...[式1] とおける(補題Yを用いた)。
式変形すると [式1]は
6m-1=(6q1-1)(6r1+1) m=6q1r1+q1-r1
《3−2:6m+1が素数ではない時》
6m+1は奇数で3の倍数でないから 約数に2及び3を含まない。 また、6m+1≡1(mod.6)
よって、適当な自然数q2,r2,q3,r3をとって
6m+1=(6q2-1)(6r2-1)...[式2] または 6m+1=(6q3+1)(6r3+1)...[式3] とおける。 (補題Zを用いた)。
それぞれ式変形すると
[式2]は 6m+1=(6q2-1)(6r2-1) m=6q2r2-q2-r2
[式3]は 6m+1=(6q3+1)(6r3+1) m=6q3r3+q3+r3
《共通》
これら(《3-1》,《3-2》)の結果は 命題C⇒命題Dが成り立つ事をそのまま示している。
/**************************************/
【4:補題Wのうち、命題D⇒命題Cの証明】
mは6ab-a-b形式で表せる または mは6ab+a-b形式で表せる または mは6ab+a+b形式で表せる
のいずれかが成り立つ時だから
《4−1:m=6ab-a-bで示せた場合》
(6m-1,6m+1) =(6(6ab-a-b)-1,6(6ab-a-b)+1) =(6(6ab-a-b)-1,(6a-1)(6b-1))
したがって、(6m-1,6m+1)は双子素数ではない。
《4−2:m=6ab+a-bで示せた場合》
(6m-1,6m+1) =(6(6ab+a-b)-1,6(6ab+a-b)+1) =((6a-1)(6b+1),6(6ab+a-b)+1)
したがって、(6m-1,6m+1)は双子素数ではない。
《4−3:m=6ab+a+bで示せた場合》
(6m-1,6m+1) =(6(6ab+a+b)-1,6(6ab+a+b)+1) =(6(6ab+a+b)-1,(6a+1)(6b+1))
したがって、(6m-1,6m+1)は双子素数ではない。
すなわち、命題D⇒命題C
/*------------------------------------*/
よって、補題W:命題C⇔命題Dが言えた。
/**************************************/
【5:¬命題C⇔¬命題Dの証明(確認)】
補題Wの対偶も補題Wと同値だから
『¬命題D⇔¬命題C』
も成り立つ。
反対向き
『¬命題C⇔¬命題D』
も成り立つ。
これをあらためて文章で書き直すと、
『 /*--------------------------*/ ¬命題C: 「mを自然数として (6m-1,6m+1)は双子素数である。」 /*--------------------------*/
/*--------------------------*/ ¬命題D: 「mは 6ab-a-b形式でも 6ab+a-b形式でも 6ab+a+b形式でも表せない (m,a,b:自然数)」 /*--------------------------*/
の2命題が同値。 』
/**************************************/
【6:命題A⇔命題Bの証明】
あとは自然数mを一般化して考えればよい。
すなわち、¬命題C⇔¬命題Dより明らかに
『 /*------------------------------------*/ 命題A: 「双子素数((6m-1,6m+1))は無限組存在する (m:自然数)」 /*-----------------------------------*/ ⇔ /*-----------------------------------*/ 命題B: 「(a,bは自然数として) 6ab-a-b, 6ab+a-b, 6ab+a+b のいずれの形式でも表せない自然数mが 無限に存在する」 /*-----------------------------------*/ 』
が成り立つ。 事が言えた。
(※注:命題A自体(あるいは命題B自体) を証明したのではなく、命題A⇔命題Bを証明した。)
(証明終)
/**************************************/ ※補足: なお、双子素数の組の内、(3,5)は 唯一(6m-1,6m+1)形式で表せませんが 上記論証には影響しないので 特に言及しませんでした。 /**************************************/ (社会人/質問者)
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