Decomposição de �!como produto de
primos
Definição 1: Seja �um natural e seja �um primo. O �−expoente de �!é
definido por:
????????????�
��!=��??????�∈ℕ�
�
|�!}.
Seja �um número real positivo.
Denotamos a parte inteira de �(piso) por:�=max�∈ℤ�≤�}.
Exemplo 1) Determine ??????��
2(100!)
No conjunto 1,2,…,100,temos:
Divisíveis por 2:
100
2
=50.
Divisíveis por 2e não divisíveis por 4:
100
2
−
100
4
=25.
Divisíveis por 4e não divisíveis por 8:
100
4
−
100
8
=25−12=13.
Divisíveis por 8e não divisíveis por 16:
100
8
−
100
16
=12−6=6.
Divisíveis por 16e não divisíveis por 32:
100
16
−
100
32
=6−3=3.
Divisíveis por 32e não divisíveis por 64:
100
32
−
100
64
=3−1=2.
Divisíveis por 64:
100
64
=1.
Decomposição de 100!Em fatores
primos
●Os primos entre 1 e 100 são:
2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71,73,79,83,89,97.
●Os próximos cálculos foram feitos com auxílio do ChatGPT 5.
P-Expoentes
Decomposição de 100!Em fatores
primos
2
97
.5
24
=2
73
10
24
O número 100! termina com 24 zeros.
Teorema de Legendre
Seja �≥1um inteiro. Seja �um número primo.
Então ????????????�
��!=
�
�
+
�
�
�
+⋯+
�
�
�
+⋯
Prova
Considere a lista dos n primeiros inteiros positivos: 1,…,�.
Seja �∈ℕo maior inteiro tal que �
�
≤�,mas �
�+1
>�.
Temos
�
??????
??????
=0para �≥�+1.
Para cada �∈ℕ,com 1≤�≤�,o número de elementos em 1,…,�
divisíveis por �
�
que não são divisíveis por �
�+1
é igual a
Definição 2
Sejam �,�,�inteiros, com �>0. Dizemos que �e �são congruentes
módulo �(notação: �≡�����) quando �|�−�.
Um resultado bem conhecido
Tendo em mente o conceito de divisibilidade, é possível provar o seguinte
resultado:
Sejam �,�,�inteiros, com �>1. Então, �≡�����se, e só se, o resto
da divisão de �por �é igual ao resto da divisão de �por �.
Provaremos este a fato a seguir.
Exercício 1 –Questão 8 -ENQ 2020/2
Resolução
Prova
Suponha inicialmente que �=��+�,�=��+�,0≤�<�.Ora
�−�=��−�.Isso mostra que �|�−�e, portanto, �≡�����.
Admita agora que �≡�����.De acordo com o Lema da Divisão Euclidiana,
existem inteiros �,�,�,�′, sendo 0≤�,�
′
<�tais que
�=��+�,�=��+�′. Por hipótese, �|�−�,�−�=��−�+(�
′
−�)
É claro que �−�|�(�−�). Portanto �|�
′
−�.
Tendo em mente que �
′
−�<�,segue que �
′
−�=0,�=�
′
.
Pequeno Teorema de Fermat
(versão congruência)
Sejam �um inteiro e �um número primo. Então �
??????
≡�����.Em
particular, se �,�=1,temos �
??????−1
≡1����.
Proposição 1. Sejam �,�,�,�,�,�
inteiros, com �>1,�>0. As
seguintes propriedades são válidas:
●I) �≡�����;
●II) Se �≡�����,então �≡�����;
●III) Se �≡�����e �≡�����,então �≡�����;
●IV) Se �≡�����e �≡�����, então �+�≡�+�����;
●V) Se �≡�����e �≡�����, então �.�≡�.�����;
●VI) Se �≡�����,então �+�≡�+�����e �.�≡
�.�����;
●VII) Se ��≡������e �,�=�,então �≡�����;
●VIII) Se�≡�����,então �
�
≡�
�
����.
Prova da proposição 1.
●Exercício: itens I, II, III, IV, V, VI.
●Prova do item VII.
Por hipótese, �|��−�.Visto que �,�=1,segue que �|�−�.Logo �≡
�����.
●Prova do item VIII.
Por hipótese, temos �≡�����.
Suponha por indução matemática que �
�
≡�
�
����.
Aplicando a propriedade V com �=�e �=�, temos �
�+1
≡�
�+1
����.
O resultado segue por indução matemática.
Exercício 2-ache os dois últimos
algarismos de 7
7
1000
.
●Queremos encontrar �∈ℕ∪0,com0≤�≤99, tal que
7
7
1000
≡����100.
Inicialmente, note que 7
2
=49,7
3
=343,7
4
=2401.
Logo 7
4
≡1���100.
Assim 7
1000
=(7
4
)
250
≡1
250
≡1���100.
Existe �∈ℕtal que 7
1000
=100�+1.
Note também que 7
100�
≡1
25�
≡1���100para todo �∈ℕ.
Logo 7
7
1000
=7
100�+1
=7
100�
.7≡1.7≡7���100.
Resposta: o algarismo das dezenas é zero, o algarismo das unidades é sete.
Exercício 3 –Determine o resto da
divisão de 2
135
por 19
Pelo Pequeno Teorema de Fermat, temos 2
19
≡2���19.
Por um processo de divisão, é fácil constatar que
135=7×19+2e2
7
=128=6×19+14.
Temos 2
133
=(2
19
)
7
≡2
7
≡14���19.
Finalmente, temos 2
135
=2
133
.2
2
≡2
7
.2
2
≡14.4≡56≡18���19.
Exercício 4 –Questão 5 –ENQ 2020/1
Resolução
a) Os possíveis restos são: 0,1,4
De fato, se
�≡0���5,�
2
≡0���5;
�≡1���5,�
2
≡1���5;
�≡2���5,�
2
≡4���5;
�≡3���5,�
2
≡9≡4���5;
�≡4���5,�
2
≡16≡1���5
Resolução
b) Temos aqui �
2
+�
2
=�
2
.
Caso 1) �
2
≡0���5
Neste caso, pelo item a, temos �≡0���5.
Caso 2) �
2
≡1���5
As possibilidades de resto da divisão de �
2
por 5:0,1,4
As possibilidades de resto da divisão de �
2
por 5:0,1,4
Para que �
2
≡1���5,há duas possibilidades:
Resolução
b) Temos aqui �
2
+�
2
=�
2
.
Para que �
2
≡1���5,há duas possibilidades:
�
2
≡1���5,�
2
≡0���5
�
2
≡0���5,�
2
≡1���5
No primeiro caso, �é múltiplo de 5. No segundo caso, �é múltiplo de 5.
Resolução
b) Temos aqui �
2
+�
2
=�
2
.
Caso 3) �
2
≡4���5
As possibilidades de resto da divisão de �
2
por 5:0,1,4
As possibilidades de resto da divisão de �
2
por 5:0,1,4
Resolução
b) Temos aqui �
2
+�
2
=�
2
.
Caso 3) �
2
≡4���5
Para que�
2
≡4���5, há duas possibilidades
�
2
≡4���5,�
2
≡0���5
�
2
≡0���5,�
2
≡4���5
No primeiro caso, �é múltiplo de 5. No segundo caso, �é múltiplo de 5.
Exercício 5 –Questão 8 –ENQ 2021-2
Resolução
Inicialmente, note que 19
18
≡38
18
≡57
18
≡76
18
≡95
18
≡0���19.
São exatamente cinco inteiros �,com1≤�≤95,tais que
�
18
≡0���19(asaber:19,38,57,76,95).
Para qualquer inteiro 1≤�≤95,sendo �≢0���19,segue do Pequeno
Teorema de Fermat que �
18
≡1���19.São 90 inteiros com este
propriedade.
Resolução
Portanto 1
18
+2
18
+3
18
+⋯+95
18
≡90≡−5≡14���19
Isto prova que o resto da divisão de 1
18
+2
18
+3
18
+⋯+95
18
por 19
é 14.
Congruências
Lineares
03
Definição 3) Congruência linear
É uma expressão da forma �??????≡�����,com �,�,�∈ℤ,sendo que
�≥2e�∤�.Além disso, ??????só pode assumir apenas valores inteiros.
Exemplo 3:
3�≡1���11.
O número �=4é uma solução da congruência linear.
Proposição 2
Uma congruência linear ��≡�����tem solução se, e somente se,
�,�|�.
Além disso, se �,�=1,se �
0e �
0são soluções da equação, então �
0≡
�
0����.
Prova da proposição 2
●Parte 1)
Inicialmente, note que ��≡�����tem solução se, e só se, a equação
diofantina linear ��−��=�tem solução.
Por sua vez, a equação diofantina tem solução se, e só se, �,�|�.
Prova da proposição 2
●Parte 2)
Suponha que �
0e �
0são soluções da congruência linear.
Temos então ��
0≡��
0����.
Logo �|��
0−�
0.
Como �,�=1,segue que �|�
0−�
0.
Portanto �
0≡�
0����.
Exemplo 4
A solução geral da congruência linear do exemplo 1 é �=4+11??????,??????∈ℤ.
Proposição 3
Considere a congruência linear ��≡�����,em que �,�|�e �=
�,�≥2.
Se �
0e �
0são soluções da congruência linear ��≡�����,então existe
um inteiro �∈0,…,�−1tal que �
0≡�
0+�.
�
??????
����.
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