Question

1: Use Euclid’s division lemma to show that the squarè of any positive integer is either of the fórm 3m ør 3m + 1 for some integer m.

Answer 1

Let us consider a positive integer a

Divide the positive integer a by 3, and let r be the reminder and b be the quotient such that

a = 3b + r……………………………(1)

where r = 0,1,2,3…..

Case 1: Consider r = 0

Equation (1) becomes

a = 3b

On squaring both the side

a2 = (3b)2

a2 = 9b2

a2 = 3 × 3b2

a2 = 3m

Where m = 3b2

Case 2: Let r = 1

Equation (1) becomes

a = 3b + 1

Squaring on both the side we get

a2 = (3b + 1)2

a2 = (3b)2 + 1 + 2 × (3b) × 1

a2 = 9b2 + 6b + 1

a2 = 3(3b2 + 2b) + 1

a2 = 3m + 1

Where m = 3b2 + 2b

Case 3: Let r = 2

Equation (1) becomes

a = 3b + 2

Squaring on both the sides we get

a2 = (3b + 2)2

a2 = 9b2 + 4 + (2 × 3b × 2)

a2 = 9b2 + 12b + 3 + 1

a2 = 3(3b2 + 4b + 1) + 1

a2 = 3m + 1

where m = 3b2 + 4b + 1

∴ square of any positive integer is of the form 3m or 3m+

Answer 2

A n s w e r

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

T o P r o v e

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Square of any positive integer is either of the form '3m' or '3m + 1' for some integer m

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

P r o o f

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

We know that

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

According to Euclid's division lemma

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

➠ a = bq + r

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Where ,

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• a & b are positive integers
• 0 ≤ r < b

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Now ,

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Let us consider a positive integer 'a'
• Let us consider b = 3

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

➠ a = 3q + r ⚊⚊⚊⚊ ⓵

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Where r = 0, 1 , 2

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Case 1 : [ r = 0 ]

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Thus ,

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a = 3b

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

⟮ Squaring both the side ⟯

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = (3b)²

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 9b²

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 3 × 3b²

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: : ➨ a² = 3m

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Where m = 3b²

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Case 2 : [ r = 1 ]

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Thus ,

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a = 3b + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

⟮ Squaring on both the side ⟯

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = (3b + 1)²

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = (3b)² + 1² + 2 × (3b) × 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 9b² + 6b + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 3(3b² + 2b) + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: : ➨ a² = 3m + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Where m = 3b² + 2b

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Case 3 : [ r = 2 ]

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

Thus ,

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a = 3b + 2

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

⟮ Squaring on both the sides ⟯

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = (3b + 2)²

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 9b² + 4 + 2 × 3b × 2

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 9b² + 12b + 3 + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: ➜ a² = 3(3b² + 4b + 1) + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

: : ➨ a² = 3m + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Where m = 3b² + 4b + 1

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ

• Hence proved that the square of any positive integer is of the form '3m' or '3m + 1'