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Problema 1051
Sean $a,b,c$ números naturales primos, distintos dos a dos. Demostrar que el número \[(ab)^{c-1}+(bc)^{a-1}+(ca)^{b-1}-1\] es múltiplo del producto $abc$.
pistasolución 1info
Pista. Solo hay que demostrar que el número es múltiplo de $a$ (por simetría, también lo será de $b$ y de $c$). Esto se reduce a ver que $(bc)^{a-1}-1$ es múltiplo de $a$.
Solución. Demostraremos que el número es múltiplo de $a$ (el mismo argumento también prueba que es múltiplo de $b$ y de $c$). Como $(ab)^{c-1}$ y $(ca)^{b-1}$ son múltiplos de $a$ ya que los exponentes son enteros positivos, tendremos que ver que $(bc)^{a-1}-1$ es múltiplo de $a$. Ahora bien, como los tres primos son distintos, se cumple obviamente que $\mathrm{mcd}(bc,a)=1$ y el teorema pequeño de Fermat nos asegura que $(bc)^{a-1}\equiv 1\ (\text{mod }a)$, lo cual equivale a que $(bc)^{a-1}-1$ es múltiplo de $a$ y así hemos terminado.
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