Solution
, on vérifie qu’il n’y a pas de solution. Supposons désormais l’existence d’ue. solution avec . Alors dans , comme tous les deux éléments non nuls de possèdent un inverse et donc est premier (on peut aussi invoquer la réciproque du théorème de Wilson). Désormais notons un nombre premier tel qu’il existe un couple solution du problème.
:::cas
L’équation donne et donc l’unique solution dans ce cas est le couple .
:::cas p=3
L’équation donne et donc l’unique couple solution est
:::soit un couple solution avec premier. On a
d’où et donc dans , on a (on peut réduire modulo car
Comme , n’est pas un nombre premier, donc possède une factorisation non triviale , on a et
Si est distinct de alors divise et donc modulo c’est-à-dire .
Si , alors si et sont deux entiers (nécessairement distincts) inférieurs ou égaux à alors et donc . Pour que ceci soit vrai, il suffit que ie en mettant au carré que soit .
Ainsi on a prouvé que si , alors . En particulier d’où . Mais . Par ailleurs par stricte monotonie et comme les deux termes dans cette inégalité sont entiers, on en déduit . Par double inégalité on a alors . Mais alors l’inégalité qu’on a utilisée était une égalité et donc ce qui est exclu. Conclusion partielle : si est premier il n’existe pas de solution.
::: le seul cas qui reste à traiter est le cas
L’équation donne 4!+1=5^m et donc l’unique couple solution est .
::: Conclusion : les couples solutions sont .
:::

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