공통수학1나머지정리와 인수분해수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

쌍둥이 소수 증명

문제

3355, 5577, 11111313, … 등과 같이 소수인 두 개의 연속한 홀수를 쌍동이 소수라고 한다. 다음은 a1a - 1, a+1a + 1이 쌍동이 소수이고 a2+3a ^{2} + 3도 소수가 되는 자연수 aa의 값은 44뿐임을 증명하는 과정이다. [증명] 자연수 nn에 대하여 (ⅰ)a1=3na - 1 = 3 n 일 때, n2n \geq 2이면 (){\square {( \text{가} )}}이 소수가 아니므로 n=1n = 1이다. 따라서 a1=3a - 1 = 3, a+1=5a + 1 = 5, a2+3=19a ^{2} + 3 = 19이므로 주어진 조건을 만족한다. (ⅱ)a1=3n1a - 1 = 3 n - 1일 때, (){\square {( \text{나} )}}이 소수가 아니다. (ⅲ)a1=3n2a - 1 = 3 n - 2일 때, n2n \geq 2이면 (){\square {( \text{다} )}}이 소수가 아니고, n=1n = 1이면 a1=1a - 1 = 1이다. 이상에서 주어진 조건을 만족시키는 자연수aa44뿐이다.

위의 증명에서 (가), (나), (다)에 알맞은 것은? [4점] (가) (나) (다) a1a - 1 a+1a + 1 a2+3a ^{2} + 3a+1a + 1 a1a - 1 a2+3a ^{2} + 3a2+3a ^{2} + 3 a1a - 1 a+1a + 1a2+3a ^{2} + 3 a+1a + 1 a1a - 1a1a - 1 a2+3a ^{2} + 3 a+1a + 1

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해설

[출제 의도] 약수와 배수의 성질을 이용하여 완성형의 증명을 할 수 있다. (ⅰ) a1=3na - 1 = 3 n일 때, n2n \geq 2이면 a1a - 1은 소수가 아니고 n=1n = 1이면 a1=3a - 1 = 3, a+1=5a + 1 = 5, a2+3=19a ^{2} + 3 = 19이므로 주어진 조건을 만족한다. (ⅱ) a1=3n1a - 1 = 3 n - 1일 때, a=3na = 3 n이므로 a2+3=9n2+3=3(3n2+1)a ^{2} + 3 = 9 n ^{2} + 3 = 3 ( 3 n ^{2} + 1 )33의 배수이므로 소수가 아니다. (ⅲ) a1=3n2a - 1 = 3 n - 2일 때, a+1=3na + 1 = 3 n이므로 n2n \geq 2이면 a+1a + 1 이 소수가 아니고 n=1n = 1이면 a1=1a - 1 = 1이다. 이상에서 주어진 조건을 만족시키는 자연수aa44뿐이다.

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