証明に入る前に、まずは小さなmの時に具体的にどうなっているのか調べてみましょう。
m=3の時 S= {2}
2*2 = 4 = 3+1
m=4の時 S={3}
3*3 = 9 = 4*2+1
m=5の時 S={2,3,4}
2*3 = 6 =5+1
4*4 = 16 =5*3+1
m=6の時 S={5}
5*5 = 25 = 6*4+1
m=7の時 S={2,3,4,5,6}
2*4 = 8 = 7+1
3*5 = 15 = 7*2+1
6*6 = 36 = 7*5+1
m=8の時 S={3,5,7}
3*3 = 9 = 8+1
5*5 = 25 = 8*3+1
7*7 = 49 = 8*6+1
m=9の時 S={2,4,5,7,8}
8*8 = 64 = 9*7+1
m=10の時 S={3,7,9}
m=8の時の成り立ち方は極めて興味深いです。