《初等数论》读书笔记:同余
这里的同余包含了同余和同余方程两个章节。
基本的同余概念可以从带余除法中推导出来。使用带余除法,我们可以得到同余式的相关运算性质。
接下来,我们引入同余类和剩余系的概念。剩余系主要是介绍了既约剩余系。我们从既约剩余系的定义中引出了Euler函数。Euler函数是一个积性函数,也就是说如果(m1,m2)=1,那么。Euler函数有如下的计算式 ,特别的,当m=pk时,我们有。我们还有,我们可以从中看出Mobius函数的一点影子。
接下来,我们由一个性质得到了一个重要的定理:Fermat-Euler定理。这个性质是,对于一个模m,它的任何一个既约剩余系中所有元素的乘积模m是相同的,也可以表述为(a,m)=1时,x遍历m的既约剩余系当且仅当ax遍历m的既约剩余系。我们得到,以及当m=p时,对于任意的a,我们有。前面的式子被称为Fermat小定理,后面的式子被称为Euler定理。
Wilson定理是如下的内容,也就是对于一个素数p>3,它的既约剩余系中所有数的乘积模p为-1。特别的,我们有。事实上,p不取1,2,4,pk,2pk时,p的既约剩余系的积模p得1。Wilson虽然不能用来高效地检验素数,但是可以被用来简化运算。
同余方程是多项式同余的形式。其最简单的形式是一次同余方程。我们可以用带余除法和辗转相除法得到其解。中国剩余定理用来求解一次同余方程组。对于一个一次同余方程组,这里m1,...,mk两两既约。那么其解为,m=m1...mk,m=mjMj,以及是Mj模mj的逆。这个解的正确性容易带入验证。如果m1,...,mk并非两两既约,则可以化为各个方程都是模pk的形式更加方便。
关于模为素数的二次同余方程,我们只需要讨论的形式。对于模p,如果一个d能使得方程有解,那么我们称d为模p的二次剩余;否则d就是模p的二次非剩余。我们可以用Euler判别法来进行判断。如果,那么d就是模p的二次剩余;如果,那么d就是模p的二次非剩余。
我们还可以引进Legendre符号和Jacobi符号来进行进一步的研究。Gauss二次互反律也是进一步的探讨对象。具体内容可以参见原书或者nmbr.rar。
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2022年9月22日 01:45
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