¿Cómo demuestro que cuando [math] f (x) [/ math] se divide por [math] {x} ^ {3} -x [/ math], el resto tiene la forma [math] 3r (x) [/ math], donde [math] r (x) [/ math] es un polinomio con coeficientes enteros y se da que [math] f (x) [/ math] es un polinomio con coeficientes enteros y [math] f (n) [/ math] es divisible por [math] 3 [/ math] para todos los enteros [math] n [/ math]?

Tenemos, [matemáticas] f (x) = ({x} ^ {3} -x) q (x) + R (x) [/ matemáticas]

donde [math] f (x) [/ math] y [math] q (x) [/ math] son ​​polinomios con coeficientes enteros.

Como [math] f (n) [/ math] es divisible por [math] 3 [/ math] para todos los enteros [math] n [/ math], tenemos

[matemáticas] f (n) = ({n} ^ {3} -n) q (n) + R (n) [/ matemáticas]

Pero los términos en el lado derecho deben tener la forma [matemática] 3g (n) [/ matemática] (para satisfacer la condición dada) donde [matemática] g (n) [/ matemática] es algún polinomio con coeficientes enteros.

Ahora tenga en cuenta que,

[matemáticas] {n} ^ {3} -n = n ({n} ^ {2} -1) = n (n-1) (n + 1) [/ matemáticas]

Esto no es más que el producto de tres enteros consecutivos que siempre es divisible por 3.

Por lo tanto, para que todo el RHS sea divisible por 3, tenemos

[matemáticas] f (n) = 3 (kq (n) + r (n)) = 3g (n) [/ matemáticas]

[matemáticas] \ por lo tanto R (x) = 3r (x) [/ matemáticas]

QED

[matemáticas] sea f (x) = (x ^ 3-x) P (x) + kr (x) r (x) es cualquier polinomio
f (n) = (n ^ 3-n) P (n) + kr (n)
ahora el lado izquierdo es divisible por 3. (n ^ 3-n) es divisible por 3 ya que es el producto de 3 números consecutivos. entonces (n ^ 3-n) P (n) es divisible por 3. Entonces kr (n) tiene que ser divisible por 3. por lo tanto para cualquier r (x) k = 3. entonces f (n) = (n ^ 3-n) P (n) + 3r (n)
entonces
f (x) = (x ^ 3-x) P (x) + 3r (x) [/ matemáticas]

Esto se reduce a probar que [matemática] n ^ 3 – n [/ matemática] es divisible por 3 para todos [matemática] n [/ matemática], porque:

[matemáticas] f (x) = (x ^ 3 – x) q (x) + 3r (x) [/ matemáticas]

donde [math] q (x) [/ math], el cociente, también tiene coeficientes enteros.

La afirmación de que [matemática] x ^ 3 – x [/ matemática] es divisible por 3 se deduce del pequeño teorema de Fermat aplicado al primo 3.