定理 (Legendre). 任意の,constant でない多項式 P(x) に対し,P(n) が素数でないような n∈ℕ が無限個存在する.
証明. すべての n∈ℕ に対し,P(n) が素数でないなら,主張は明らかに成り立つから, ある 𝑛*∈ℕ に対し,素数 p で,P(𝑛*)=p となるものが存在するとしてよい.
P は constant でないので,\(\lim_{n→∞}|P(n)|\)=∞ である. したがって十分に大きな,すべての n∈ℕ に対して,|P(𝑛*+np)|>p である. もし P(n*+np)<1 なら, P(n*+np) はいずれにしても素数ではないから,P(n*+np)>p としてよい. このとき,P(n*+np)≡P(n*)≡0 mod p だから.P(n*+np) は p の倍数となり,素数でない.□ #多項式 #素数