剩餘系,剩餘定理,同餘定理,費馬小定理的證明

2021-07-04 10:50:01 字數 1294 閱讀 2524

費馬小定理:

證明:假如p是質數,且(a,p)=1,那麼 a^(p-1) ≡1(mod p)
一、準備知識:

所謂"剩餘系",就是指對於某乙個特定的正整數n,乙個整數集中的數模n所得的餘數域。

如果乙個剩餘系中包含了這個正整數所有可能的餘數(一般地,對於任意正整數n,有n個餘數:0,1,2,...,n-1),那麼就被稱為是模n的乙個完全剩餘系。

引理1.剩餘系定理2

若a,b,c為任意3個整數,m為正整數,且(m,c)=1,則當ac≡bc(modm)時,有a≡b(modm)

證明:ac≡bc(mod m)可得ac–bc≡0(mod m)可得(a-b)c≡0(mod m)因為(m,c)=1即m,c互質,c可以約去,a–b≡0(mod m)可得a≡b(mod m)

引理2.剩餘系定理5

若m為整數且m>1,a[1],a[2],a[3],a[4],…a[m]為m個整數,若在這m個數中任取2個整數對m不同餘,則這m個整數對m構成完全剩餘系。

證明:構造m的完全剩餘系(0,1,2,…m-1),所有的整數必然這些整數中的1個對模m同餘。取r[1]=0,r[2]=1,r[3]=2,r[4]=3,…r=i-1,1

引理3.剩餘系定理7

設m是乙個整數,且m>1,b是乙個整數且(m,b)=1。如果a1,a2,a3,a4,…am是模m的乙個完全剩餘系,則ba[1],ba[2],ba[3],ba[4],…ba[m]也構成模m的乙個完全剩餘系。

證明:若存在2個整數ba和ba[j]同餘即ba≡ba[j](mod m),根據引理2則有a≡a[j](mod m)。根據完全剩餘系的定義和引理4(完全剩餘系中任意2個數之間不同餘,易證明)可知這是不可能的,因此不存在2個整數ba和ba[j]同餘。由引理5可知ba[1],ba[2],ba[3],ba[4],…ba[m]構成模m的乙個完全剩餘系。

引理4.同餘定理6

如果a,b,c,d是四個整數,且a≡b(mod m),c≡d(mod m),則有ac≡bd(mod m)

證明:由題設得ac≡bc(mod m),bc≡bd(mod m),由模運算的傳遞性可得ac≡bd(mod m)

二、證明過程:

構造素數p的完全剩餘系p=,因為(a,p)=1,由引理3可得a=也是p的乙個完全剩餘系。令w=1*2*3*4…*(p-1),顯然w≡w(mod p)。令y=a*2a*3a*4a*…(p-1)a,因為是p的完全剩餘系,由引理2以及引理4可得a*2a*3a*…(p-1)a≡1*2*3*…(p-1)(mod p)即w*a^(p-1)≡w(modp)。易知(w,p)=1,由引理1可知a^(p-1)≡1(modp)

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