數論 剩餘類 完全剩餘系 縮系 尤拉函式

2022-03-09 14:47:57 字數 3115 閱讀 9109

剩餘類:

∀ 0≤r≤m-1(m≥1),cr===[r](除m餘r的所有數集合),則c0,c1,c2,...,cm-1為模m的剩餘類(共有m個)

性質1:

①∀ x∈z, ∃ 0≤r≤m-1,x∈cr(cr的定義)

②x,y ∈cj,0≤j≤m-1, 當且僅當x≡y  (mod m)

完全剩餘系:

定義:a0,a1,a2,...,am-1是模m的一組完全剩餘系《=》aj∈cj, 0≤j≤m-1

非負最小完全剩餘:0,1,2,...,m-1

性質2:

是模m的一組完全剩餘系,當且僅當 ∀ 1≤i

性質3:

若(k,m)=1,a1,a2,...,am是模m的一組完全剩餘系,則k*a1,k*a2,...,k*am-1是模m的一組完全剩餘系

證明:(證明他們之間兩兩不同餘)

∀ 1≤i

則 m | k*(ai-aj)

∵(m,k)=1 ∴ m | (ai-aj)

∴ai ≡ aj (mod m)

又∵ ai ≠ aj (mod m),與假設相矛盾,故假設不成立,即k*a1,k*a2,...,k*am-1之間兩兩不同餘,是模m的一組完全剩餘系

性質4:

若(m,n)=1,a1,a2,...,am和b1,b2,...,bn分別為模m和模n的完全剩餘系,則是模m*n的一組完全剩餘系

證明:(證明在集合內兩兩不同餘)

假設:n*a+m*b≡ n*α+m*β(mod m*n)

其中 a,α ∈, b,β∈(b1,b2,...,bn)

故 m*n | n*(a-α)+m*(b-β)

故m | n*(a-α)+m*(b-β)

∵(m,n)=1,故m|(a-α)

即a  ≡ α (mod m)

又∵ a,α ∈,,故 a ≠ α (mod m)與假設矛盾,同理可證b ≡ β (mod n)與假設矛盾

故假設不成立,即n*a+m*b ≠ n*α+m*β(mod m*n),根據性質2,可知是模m*n的一組完全剩餘系

性質5:

若n≥3,a1,a2,...,an和b1,b2,...,bn為模m的完全剩餘系,則a1*b1,a2*b2,...,an*bn不為模m的一組完全剩餘系

性質6:

設p為素數,則(p-1)! +1 ≡ 0 (mod p)(威爾遜定理)

(這裡先舉例把,證明太複雜了!!!以後補上)

若p=2,則1!+1=2≡0 (mod 2)

若p=3,則2!+1=3≡0 (mod 3)

若p=5,則4!+1=25≡0(mod 5)

若p=7,則6!+1=721≡0 (mod 7)

縮系定義:剩餘類中與m互素的剩餘類集合

數學公式表示:(z/mz)*=中的元素叫做與模m互素的剩餘類(這裡的元素即是集合)

|(z/mz)*| ==>m的剩餘類中與m互素的剩餘類集合的個數(是有限個)

尤拉函式:φ(m)=|(z/mz)*| 或 φ(m)=(乙個r與乙個剩餘類(模m餘r)一 一對應)

如何求乙個數的尤拉函式?

例:對於φ(1),完全剩餘系,(0,1)=1,故存在乙個,即φ(1)=1

對於φ(2),完全剩餘系,(0,2)=2,(1,2)=1,故存在乙個,即φ(2)=1

對於φ(3),完全剩餘系,(0,3)=3,(1,3)=1,(2,3)=1,故存在兩個,即φ(3)=2(這裡以非負最小完全剩餘系來為代表)

乙個關於尤拉函式的結論:若p為素數,則φ(p)=p-1

性質1:設(z/mz)*=,其中0≤r1,r2,...,rφ(m)≤m-1,a1,a2,...,aφ(m)是模m的一組縮系,則ai∈cri, 1≤i≤φ(m)

性質2:縮系中有φ(m)個元素

性質3:若a1,a2,..,aφ(m)個與m互素的數構成模m的一組縮系,當且僅當元素兩兩不同餘

性質4:(a,m)=1,是模m的一組縮系,則也構成模m的一組縮系

性質5:設m≥2,(a,m)=1,則a**(φ(m)) ≡ 1 (mod m)

證明:設r1,r2,...,rφ(m)是模m的一組縮系,則a*r1,a*r2,...,a*rφ(m)也為模m的一組縮系

a*r1 ≡ (mod m)

a*r2 ≡ (mod m)

a*rφ(m) ≡(mod m)

其中和都為模m的一組縮系

左邊相乘,右邊相乘得:

(a*r1) *(a*r2) *...*(a*rφ(m)) ≡ r1*r2*...*rφ(m) (mod m)

a**(φ(m)) *(r1*r2*...*rφ(m)) ≡ r1*r2*...*rφ(m) (mod m)

即a**(φ(m))  ≡ 1 (mod m)

性質6:設p為素數,則a**p=a (mod p)

證明:若(a,p)=1

根據性質5可知,a**(φ(p)) ≡ 1 (mod p)

∵p為素數

∴φ(p)=p-1

∴a**(p-1) ≡ 1 (mod p)

即a**p  ≡ a (mod p)

若(a,p)≠1,p為素數,則p|a ∴a**p ≡ a (mod p)(餘數為0)

性質7:m≥1,n≥1,(m,n)=1,a1,a2,...aφ(m), b1,b2,...,bφ(n)分別是模m和模n的一組縮系,則是模m*n的一組縮系

推論:若(m,n)=1,則φ(m*n)=φ(m)*φ(n)

性質8:設n的標準分解n=(p1**a1)*(p2**a2)*...*(pk**ak) (p≥2,且其中p1則φ(n)=n*(1-1/p1)*...*(1-1/pk),且(元素之間兩兩同餘)

證明:∵((pi**a1),(pj**aj))=1

∴φ(n)=φ(p1**a1)*φ(p2**a2)*...*φ(pk**ak)

∵(x,p**a)=1,當且僅當(x,p)=1

∴集合中與p**不互素的元素有,共有p**a-1個,故a互素的有(p**a-p**a-1)個

故φ(p**a)=(p**a-p**(a-1))=p**a(1-1/p)

故φ(n)=p1**a1(1-1/p1)*p2**a2(1-1/p2)*...*pk**ak(1-1/pk)

=(p1**a1)*(p2**a2)*...*(pk**ak) *((1-1/p1)*...*(1-1/pk))

=n*(1-1/p1)*...*(1-1/pk),得證

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