Question Number 115595 by floor(10²Eta[1]) last updated on 26/Sep/20
$$\mathrm{Prove}\:\mathrm{that},\:\mathrm{for}\:\mathrm{all}\:\mathrm{primes}\:\mathrm{p}>\mathrm{3}, \\ $$$$\mathrm{13}\mid\mathrm{10}^{\mathrm{2p}} −\mathrm{10}^{\mathrm{p}} +\mathrm{1} \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 27/Sep/20
$$\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}} \equiv\mathrm{1mod13} \\ $$$$\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{1}} \equiv\mathrm{10mod13} \\ $$$$\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{2}} \equiv\mathrm{9mod13} \\ $$$$\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{3}} \equiv\mathrm{12mod13} \\ $$$$\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{4}} \equiv\mathrm{3mod13} \\ $$$$\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{5}} \equiv\mathrm{4mod13} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$${a}\mathrm{mod13}−{b}\mathrm{mod13}+\mathrm{1mod13}=\mathrm{0mod13} \\ $$$$\mathrm{has}\:\mathrm{the}\:\mathrm{solutions} \\ $$$${a}=\mathrm{9}\wedge{b}=\mathrm{10}\:\mathrm{or}\:{a}=\mathrm{3}\wedge{b}=\mathrm{4} \\ $$$$\Rightarrow\:{a}=\mathrm{10}^{\mathrm{6}{m}+\mathrm{2}} \wedge{b}=\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{1}} \:\mathrm{or}\:{a}=\mathrm{10}^{\mathrm{6}{m}+\mathrm{4}} \wedge{b}=\mathrm{10}^{\mathrm{6}{n}+\mathrm{5}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}{p}=\mathrm{6}{m}+\mathrm{2}\wedge{p}=\mathrm{6}{n}+\mathrm{1}\:\mathrm{or}\:\mathrm{2}{p}=\mathrm{6}{m}+\mathrm{4}\wedge{p}=\mathrm{6}{n}+\mathrm{5} \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right) \\ $$$${p}=\mathrm{6}{n}+\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\mathrm{2}{p}=\mathrm{12}{n}+\mathrm{2}=\mathrm{6}\left(\mathrm{2}{n}\right)+\mathrm{1}=\mathrm{6}{m}+\mathrm{1} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$${p}=\mathrm{6}{n}+\mathrm{5}\:\Rightarrow\:\mathrm{2}{p}=\mathrm{12}{n}+\mathrm{10}=\mathrm{6}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{4}=\mathrm{6}{m}+\mathrm{4} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{both}\:\mathrm{are}\:\mathrm{true} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{13}\mid\mathrm{10}^{\mathrm{2}{p}} −\mathrm{10}^{{p}} +\mathrm{1}\:\mathrm{with}\:{p}=\mathrm{6}{n}+\mathrm{1}\vee{p}=\mathrm{6}{n}+\mathrm{5} \\ $$$$\Leftrightarrow\:{p}\:=\:\mathrm{any}\:\mathrm{uneven}\:\mathrm{number}\:\mathrm{not}\:\mathrm{divisible}\:\mathrm{by}\:\mathrm{3} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{all}\:\mathrm{primes}\:\mathrm{except}\:\mathrm{2},\:\mathrm{3}\:\mathrm{are}\:\mathrm{included}\:\mathrm{in}\:\mathrm{this} \\ $$$$\mathrm{solution} \\ $$