欧拉准则
在数论中,二次剩余的欧拉判别法(又称欧拉准则)是用来判定给定的整数是否是一个质数的二次剩余。
叙述.
若formula_1是奇质数且formula_1不能整除formula_3,则:
formula_3是模formula_1的二次剩余当且仅当:
formula_6
formula_3是模formula_1的非二次剩余当且仅当:
formula_9
以勒让德符号表示,即为:
formula_10
举例.
例子一:对于给定数,寻找其为二次剩余的模数.
令formula_11。对于怎样的质数formula_1,17是模"formula_1"的二次剩余呢?
根据判别法里给出的准则,我们可以从小的质数开始检验。
首先测试formula_14。我们有:formula_15,因此17不是模3的二次剩余。
再来测试formula_16。我们有:formula_17,因此17是模13的二次剩余。实际上我们有:formula_18,而formula_19.
运用同余性质和勒让德符号可以加快检验速度。继续算下去,可以得到:
对于质数formula_20(也就是说17是模这些质数的二次剩余)。
对于质数formula_21(也就是说17是模这些质数的二次非剩余)。
例子二:对指定的质数"p",寻找其二次剩余.
哪些数是模17的二次剩余?
我们可以手工计算:
formula_22
formula_19
formula_24
formula_25
formula_26
formula_27
formula_28
formula_29
于是得到:所有模17的二次剩余的集合是formula_30。要注意的是我们只需要算到8,因为formula_31,9的平方与8的平方模17是同余的:formula_32.(同理不需计算比9大的数)。
但是对于验证一个数是不是模17的二次剩余,就不必将所有模17的二次剩余全部算出。比如说要检验数字3是否是模17的二次剩余,只需要计算formula_33,然后由欧拉准则判定3不是模17的二次剩余。
欧拉准则与高斯引理以及二次互反律有关,并且在定义欧拉-雅可比伪素数(见伪素数)时会用到。
证明.
首先,由于formula_1是一个奇素数,由费马小定理,formula_35。但是formula_36是一个偶数,所以有
formula_37
formula_1是一个素数,所以formula_39和formula_40中必有一个是formula_1的倍数。因此formula_42模formula_1的余数必然是1或-1。
若formula_3是模formula_1的二次剩余,则存在formula_49,formula_1跟formula_51互质。根据费马小定理得:
formula_52
formula_1是一个奇素数,所以关于formula_1的原根存在。设formula_58是formula_1的一个原根,则存在formula_60使得formula_61。于是
formula_62
formula_58是formula_1的一个原根,因此formula_58模formula_1的指数是formula_36,于是formula_36整除formula_69。这说明formula_70是一个偶数。令formula_71,就有formula_72。formula_3是模formula_1的二次剩余。
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