数学专业外文翻译--欧拉定理和费马定理
所有数学特殊公式
所有数学特殊公式数学是一门充满着魅力和智慧的学科,其中包含了许多特殊的公式,这些公式在解决问题和推导定理中起着重要的作用。
本文将为读者介绍一些常见又重要的数学特殊公式。
一、勾股定理(Pythagorean theorem)勾股定理是数学中最基础、最重要的定理之一,它描述了直角三角形中直角边和斜边之间的关系。
勾股定理的公式表达为:a² + b² = c²,其中a和b表示直角三角形的两条直角边的长度,c表示斜边的长度。
二、调和级数(Harmonic series)调和级数是一个无穷级数,其中每一项都是倒数的和。
调和级数的公式表达为:1 + 1/2 + 1/3 + 1/4 + ... + 1/n = ln(n) + γ,其中ln(n)表示自然对数,γ为欧拉常数。
三、黄金分割比(Golden ratio)黄金分割比是指一个数值大约为1.618,在数学和艺术中都有广泛的应用。
黄金分割比的公式表达为:(1 + √5) / 2 = 1.618。
四、欧拉公式(Euler's formula)欧拉公式是数学分析中的重要公式,它联系了指数函数、三角函数和虚数单位。
欧拉公式的公式表达为:e^(iπ) + 1 = 0,其中e表示自然对数的底,i表示虚数单位。
五、贝叶斯定理(Bayes' theorem)贝叶斯定理是概率论中的一条重要定理,它描述了条件概率之间的关系。
贝叶斯定理的公式表达为:P(A|B) = (P(B|A) * P(A)) / P(B),其中P(A)和P(B)分别表示事件A和事件B的概率。
六、二项式定理(Binomial theorem)二项式定理是代数中的一项重要定理,它展开了一个二项式的幂。
二项式定理的公式表达为:(a + b)^n = C(n, 0) * a^n * b^0 + C(n, 1) *a^(n-1) * b^1 + ... + C(n, n) * a^0 * b^n,其中C(n, k)表示组合数。
费马小定理和欧拉定理
费马小定理和欧拉定理1. 引言说到数学,很多人脑海中浮现的就是那些复杂的公式和死板的定理,仿佛要把人逼疯。
但别急,今天我们聊聊两个超级有趣的定理:费马小定理和欧拉定理。
听起来有点高深,但其实没那么难。
咱们可以把它们当成数学界的小秘密,来看看这些“秘密”背后隐藏的魅力。
1.1 费马小定理的故事首先,咱们来聊聊费马小定理。
这个定理是法国数学家费马在17世纪提出的,费马可是个传奇人物。
他不仅在数学上有很高的造诣,还爱搞一些奇怪的事情,比如留下神秘的“最后定理”,让无数数学家抓破头皮。
费马小定理的内容其实很简单:如果你有一个质数p和一个整数a,而且a不是p的倍数,那么a的p1次方减去1,能够被p 整除。
听起来是不是有点绕?简单说,就是“你和质数的关系很密切,但要有点距离”。
这就像朋友之间保持一定的神秘感,太亲密反而不好。
1.2 费马小定理的应用这定理可不止是个数学家茶余饭后的闲聊话题,它在现代密码学中可是大有用处!举个例子,很多加密算法就是靠它的原理在保护你的隐私。
你想啊,咱们每天都在用的网银、购物网站,背后可是有一套严密的数学体系在守护着我们的安全。
就像你出门上锁,不怕贼一样。
费马小定理就好比那把锁,让数据在网络中安全流动。
真是“智慧之光”啊!2. 欧拉定理的魅力接下来,让我们谈谈欧拉定理。
瑞士数学家欧拉可是一位全能型选手,不仅数学做得好,连物理、工程都涉猎广泛。
他的定理更是广为人知,内容也相对简单:如果p是一个质数,a和p互质(就是说a和p没有共同的因子),那么a的φ(p)次方减去1,能够被p整除。
这里的φ(p)代表的是小于p的正整数中,与p互质的数的数量。
简而言之,就是个数数的游戏,但可不是随便数数那么简单!2.1 欧拉定理的实际应用欧拉定理的应用也非常广泛,尤其是在数论和密码学领域。
我们前面提到的费马小定理,其实就是欧拉定理的一个特例。
只要你搞清楚了欧拉定理,费马小定理就像“开了个小头”,简单易懂。
英语单词博览060欧拉定理
英语单词博览060欧拉定理欧拉30多岁时右眼失明,晚年时双眼完全失明,但他却是最多产的数学家。
1911年起数学界整理出版4开84卷本《欧拉全集》,至今已完成80卷,整套书将重达300磅。
下面第一张是瑞士法郎10元的正面图案,画面中的人物就是欧拉。
第二张是邮票中的欧拉和他的定理。
记忆theorem [?θi?r?m](n.定理)=theor(y)理论+em后缀。
词根theoretical [θi??retikl](a.理论上的)=theor(y)理论+etical形容词后缀。
补充mathematics [?m?θ??m?tiks](n.数学)≈mat垫子+he他+mat垫子+ics后缀表“学科”。
联想:数学就是把垫子(mat)数来数去的学问。
美国口语简称math;英国口语简称maths。
mathematical [?m?θ??m?tikl](a.数学的)。
数学归纳法(mathematical induction)其实是一种严谨的演绎法(deduction)。
mathematician [?m?θ?m??ti?n](n.数学家)=mathemat(ics)+ician后缀表“专家”。
arithmetic [??riθm?tik](n.算术 a.算术的)。
直接记。
初级算术(elementary arithmetic)指“(加、减、乘、除)四则运算”。
algebra [??ld?ibr?](n.代数)。
直接记。
geometry [d?i??m?tri](n.几何)=geo词根“地”+metr词根“测量”+y后缀表“学科”。
几何学本来就是“测地术”。
cube [kju:b](n.立方)。
下图是电影The Cube的海报。
cubic [?kju:bik](a.立方的)=cub(e)立方+ic形容词后缀。
sphere [sfi?](n.球体;球面;范围)≈sp(a)+here这里。
“在球体里做spa”。
戴森球(Dyson sphere)是一种设想中的包围恒星以图获得其几乎所有辐射能量的巨大人造天体。
费马-欧拉定理
费马-欧拉定理
费马-欧拉定理(Euler Theorem,也称欧拉定理或欧拉函数定理)是数学中的一个重要定理,它关于整数的性质有着深远的影响。
这个定理可以简洁地表述为:对于任何大于2的整数n,不存在整数解(a,b,c),使得a^n+b^n=c^n成立。
该定理由瑞士数学家欧拉和法国数学家费马独立发现并证明,被视为数论中的一座丰碑。
欧拉费马定理可以简化为证明当n为奇数时,方程a^n+b^n=c^n无解。
通过对方程进行变换和推导,可以得出一个关键的结论:假设存在整数解(a,b,c),则必然存在质数p,使得p 整除a、b和c。
接着,利用数论中的一些基本性质,如素数的性质、模运算等,可以推导出一系列关于数的性质。
最终,根据这些性质,可以得出一个矛盾的结论,进而证明了欧拉费马定理的正确性。
这个定理的证明历经了几个世纪的努力,最终由英国数学家安德鲁·怀尔斯证明于1994年,填补了费马猜想的空白。
欧拉费马定理不仅填补了费马猜想的空白,也为数论的发展奠定了基础。
同时,该定理也在密码学等领域有着广泛的应用。
关于定理的素材事例
以下是一些著名的数学定理的素材事例:
1.费马大定理(Fermat's Last Theorem):由法国数学家皮埃尔·德·费马提出的一个问
题,在17世纪引起了广泛的关注。
该定理断言对于任何大于2的正整数n,不存在满足a^n + b^n = c^n的自然数解。
直到1994年,英国数学家安德鲁·怀尔斯(Andrew Wiles)才成功地证明了费马大定理。
2.唯一因子分解定理(Unique Factorization Theorem):也称为正整数唯一分解定理或质
因数分解定理,它断言每个大于1的正整数可以唯一地写成质数的乘积形式。
这个定理在数论中具有重要意义,是其他数论推导的基础。
3.欧拉公式(Euler's Formula):由瑞士数学家欧拉提出的一条关于平面图的定理。
它表
明对于一个连通的平面图来说,图中的顶点、边和面的数量满足公式V - E + F = 2,其中V表示顶点数,E表示边数,F表示面数。
这个定理在拓扑学和图论中具有重要应用。
4.开尔文-斯托克斯定理(Kelvin-Stokes Theorem):它是向量微积分中的一个重要定理,
描述了曲线积分和曲面积分之间的关系。
该定理由苏格兰物理学家威廉·汤姆逊(开尔文勋爵)和爱尔兰数学家乔治·斯托克斯独立提出,并成为电磁学和流体力学等领域的基础。
这些定理只是数学中众多定理的一小部分。
每个定理都有其独特的证明和应用领域,为数学学科的发展做出了巨大贡献。
欧拉定理的证明
一、引言在数学及许多分支中都可以见到很多以欧拉命名的常数、公式和定理。
在数论中,欧拉定理(Euler Theorem ,也称费马-欧拉定理或 欧拉函数定理)是一个关于同余的性质。
欧拉定理得名于瑞士数学家 莱昂哈德·欧拉,该定理被认为是数学世界中最美妙的定理之一,欧拉定理实际上是 费马小定理的推广.二、内容在数论中, 欧拉定理,(也称 费马--欧拉定理)是一个关于同余的性质。
欧拉定理表明,若n,a 为正整数,且n,a 互质,则: () 1( )n amod n ϕ≡. 1.知识准备:(1)欧拉函数 :欧拉函数是数论中很重要的一个函数,欧拉函数是指:对于一个正整数 n ,小于 n 且和 n 互质的正整数(包括1)的个数,记作 φ(n) .(2)完全余数集合:定义小于 n 且和 n 互质的数构成的集合为 Zn ,称呼这个集合为 n 的完全余数集合。
显然 |Zn| =φ(n) 。
其中,“ |A |”表示这个集合中元素的个数,比如A={a,b} 则|A|=2.(3)有关性质:①对于素数 p ,φ(p) = p -1 。
②对于两个不同素数 p , q ,它们的乘积 n = p * q 满足 φ(n) = (p -1) * (q -1). 因为Zn = {1, 2, 3, ... , n - 1} - {p, 2p, ... , (q - 1) * p} - {q, 2q, ... , (p - 1) * q} , 则 φ(n) = (n - 1) - (q - 1) - (p - 1) = (p -1) * (q -1) =φ(p) * φ(q) .2.证明方法:证明:( 1 ) 首先证明下面这个命题:对于集合Zn = {x1, x2, ..., xφ(n)} , S = {a*x1(mod n),a*x2(mod n),...,a*xφ(n)(mod n)} ,其中xi(i=1,2,…φ(n))是不大于n 且与n 互素的数,即n 的一个化简剩余系,或称简系,或称缩系),则Zn = S .1) 由于a,n 互质,xi 也与n 互质,则a*xi 也一定于n 互质,因此 任意xi ,a*xi(mod n) 必然是Zn 的一个元素2) 对于Zn 中两个元素xi 和xj ,如果xi ≠ xj 则a*xi(mod n) ≠ a*xj(mod n),这个由a 、n 互质和消去律可以得出。
数论 欧拉定理
数论欧拉定理欧拉定理(euler theorem),也称费马-欧拉定理或欧拉函数定理,是一个关于同余的性质,得名于瑞士数学家莱昂哈德·欧拉。
该定理被认为是数学世界中最美妙的定理之一,在西方经济学中又称为产量分配净尽定理,指在完全竞争的条件下,假设长期中规模收益不变,则全部产品正好足够分配给各个要素。
欧拉定理指出:如果产品市场和要素市场都是完全竞争的,而且厂商生产的规模报酬不变,那么在市场均衡的条件下,所有生产要素实际所取得的报酬总量正好等于社会所生产的总产品。
该定理又叫做边际生产力分配理论,还被称为产品分配净尽定理。
如上所述,要素的价格是由于要素的市场供给和市场需求共同决定。
在完全竞争的条件下,厂商和消费者都被动地接受市场形成的价格。
定理推论在完全竞争的条件下,厂商使用要素的原则是:要素的边际产品价值等于要素价格。
即:p*mpl=w (1)p*mpk=r (2)由式1和2只须:mpl=w/p (3)mpk=r/p(4p为产品的价格,w/p和r/p分别表示了劳动和资本的实际报酬。
因为在完全竞争的条件下,单位劳动、单位资本的实际报酬分别等于劳动、资本的边际产量。
假定整个社会的劳动总量和资本总量为l和k,而社会总产品为q,由在市场均衡的条件下,所有生产要素实际所取得的报酬总量正好等于社会所生产的总产品,得:q=l*mpl+k*mpk(5)式5称为欧拉分配定理。
它是由于该定理的证明使用了数学上的欧拉定理而得名。
定理证明假设生产函数为:q=f(l.k)(即q为齐次生产函数),定义人均资本k=k/l方法1:根据齐次生产函数中相同类型的生产函数展开分类探讨(1)线性齐次生产函数n=1,规模报酬维持不变,因此存有:q/l=f(l/l,k/l)=f(1,k)=g(k)k为人均资本,q/l为人均产量,人均产量就是人均资本k的函数。
让q对l和k求偏导数,有:由上面两式,即可得欧拉分配定理:(2)非线性齐次生产函数1.当n〉1时,规模报酬递减,如果按照边际生产力分配,则产品比较分配给各个生产要素,即为:2.当n\uc1时,规模报酬递减,如果按边际生产力进行分配,则产品在分配给各个生产要素之后还有剩余,即:方法2:设立一个通常的齐次生产函数q=f(l,k)为n齐次(即n任一的齐次生产函数,既可以就是线性的,也可以就是非线性的),则存有:q=l *g(k)将该函数对k,对l谋略偏导数,得:综合上述两式,有:当n=1时,规模报酬维持不变,该式即为欧拉分配定理当n〉1时,规模报酬递增,故有:当n\uc1时,规模报酬递增,故存有:实例在技术经济学中,欧拉定理属一次齐次函数的一个关键性质,它就是说道一次齐次函数的数值都可以则表示为各自变量和因变量对适当自变量一阶偏导的乘积之和。
费马定理、欧拉定理、威尔逊定理(讲稿)
欧拉定理、费马定理、威尔逊定理1、欧拉函数:φ(m )是1, 2, …, m 中与m 互质的个数,称为欧拉函数.①欧拉函数值的计算公式:若m =p 1α1p 2α2…p n αn , 则φ(m )=m (1-1p 1)(1-1p 2)…(1-1p n) 例如,30=2·3·5,则.8)511)(311)(211(30)30(=---=ϕ②若p 为素数,则1()1,()(1),k k p p p p p ϕϕ-=-=-若p 为合数,则()2,p p ϕ≤-③不超过n 且与n 互质的所有正整数的和为1()2n n ϕ;④若(,)1()()(),a b ab a b ϕϕϕ=⇒= 若()()a b a b ϕϕ⇒⑤设d 为n 的正约数,则不大于n 且与n 有最大公因数d 的正整数个数为()ndϕ, 同时()()d nd nn d n dϕϕ==∑∑;例1、证明:φ(n )=14n 不可能成立.不可能成立假设不成立上式不成立,左边是一个奇数,上式右边是一个偶数,又即:即:为奇质数,则:设成立,则证:若不可能成立;【练习】证明:n p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p n p p p p p p n n n n k k k k k kk k k k k k k k k k 41)4()1()1)(1(4)1()1)(1(22)1()1)(1(2241)(,,),2(,2|441)4(41)4(212121112112122211212121212121212121=∴∴∴---=---=---==≥===----ϕϕαϕϕααααααααααααααααααααΘΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛ例2、证明:数列{2n -3}中有一个无穷子数列,其中任意两项互质.}{}32{1,,,1),(mod 1321),(mod 122)(32,,,,}32{}32{21211)()((()(1)(12121212121i n k k i u u u i u u u u u u u u u k k n n u k u u u u ki u ki u x u u u u k k k k k 互素的无穷子数列中一定有一个任意两项数列依此方法一直下去项两两互素的子数列,是、数列=理有:是欧拉函数,由欧拉定其中作项是两两互素的,记为中已有证明:设数列其中任意两项互素;中有一个无穷子数列,、证明:数列例))-+∴≤≤-≡-∴≤≤≡-=--++++ΛΛΛΛΛΛϕϕϕϕϕϕϕ例3、已知p 为质数,在1, 2, …, p α中有多少个数与p α互质?并求φ(p α). 直接用性质②例4 将与105互素的所有正整数从小到大排成数列,求出这个数列的第2010项.解:1~105的所有正整数中共有(105)(3)(5)(7)48ϕϕϕϕ==个与105互素,他们从小到排列为:12345481,2,4,8,11,,104a a a a a a ======L . 对于任一的n a ,由带余除法存在唯一的q , r 使得 105,0,0105n a q r q r =+≥≤<,由(a n ,105)=1,可得(r ,105)=1,即1248{,,,}r a a a ∈L .反之,对于任意固定非负整数q , 1248{,,,}r a a a ∈L 有(105q +r ,105)=1,于是105q +r 都是数列的项, 从而存在正整数n ,使得105n a q r =+. 因此数列{}n a 仅由105(1,2,,48)n q a n +=L 的数由小到大排列而成的.因为2010=48*41+42,所以有2010424842201010541,104,89,4394a a a a a =⨯+===而由求得所以. 2、(欧拉定理) 若(a , m )=1,则a φ(m )≡1(mod m ).证明:设r 1,r 2,…,r φ(m )是模m 的简化剩余系,又∵(a , m )=1,∴a ·r 1,a ·r 2,…,a ·r φ(m )是模m 的简化剩余系, ∴a ·r 1×a ·r 2×…×a ·r φ(m )≡r 1×r 2×…×r φ(m )(mod m ),又∵(r 1·r 2·…·r φ(m ), m )=1,∴a φ(m )≡1(mod m ). 注:这是数论证明题中常用的一种方法,使用一组剩余系,然后乘一个数组组成另外一组剩余系来解决问题. 应用:设(a , m )=1, c 是使得a c ≡1(mod m )的最小正整数, 则c |φ(m ).2、(定义1) 设m >1是一个固定的整数, a 是与m 互质的整数,则存在整数k (1≤k ≤m ),使a k ≡1(mod m ), 我们称具有这一性质的最小正整数(仍记为k )称为a 模m 的阶,由a 模m 的阶的定义,可得如下性质: ⑴ 设(a , m )=1,k 是a 模m 的阶,u , v 是任意整数,则a u ≡a v (mod m )的充要条件是u ≡v (mod k ), 特别地,a u ≡1 (mod m )的充要条件是k |u 证明:充分性显然.必要性:设,u l u νν>=-,由(mod )ua a m ν≡及(,)1a m =知1(mod )la m ≡. 用带余除法,,0,l kq r r k =+≤<故1(mod )kqra a m ⋅≡,∴1(mod )ra m ≡,由k 的定义知,必须0r =,所以(mod ).u v k ≡⑵ 设(a , m )=1,k 是a 模m 的阶,则数列a , a 2, …, a k , a k +1,…是模m 的周期数列,最小正周期为k , 而k 个数a , a 2,…, a k 模m 互不同余.⑶ 设(a , m )=1,k 是a 模m 的阶,则k |φ(m ),特别地,若m 是素数p ,则a 模p 的阶整除p -1. (4) 设(a , p )=1, 则d 0是a 对于模p 的阶⇔0da ≡1(mod p ), 且1, a , …, a do −1对模p 两两不同余. 特别地, d o =φ(p )⇔1, a ,…, a φ(p )−1构成模p 的一个简化剩余系. 定理:若l 为a 对模m 的阶,s 为某一正整数,满足)(m od 1m a s≡,则s 必为l 的倍数. 例5、设a 和m 都是正整数,a >1. 证明:).1(|-ma m ϕ证明:实上,显然1-m a a 与互素,且1-m a a 模的阶是m ,所以由模阶的性质③导出).1(|-ma m ϕ 例6:设m , a ,b 都是正整数,m >1,则(.1)1,1),(-=--b a bam m m证明:记).1,1(--=bam m d 由于(a , b )|a 及(a , b )|b ,易知1|1),(--a b a m m及1|1),(--b b a m m ,故d mb a |1),(-, 另一方面设m 模d 的阶是k ,则由)(m od 1),(m od 1d m d m b a ≡≡推出,k |a 及k |b ,故k |(a ,b ). 因此.1|),(m od 1),(),(-≡b a b a m d d m 即综合两方面可知,.1),(-=b a md 证毕.3、(费尔马小定理) 若p 是素数,则a p ≡a (mod p ) 若另上条件(a ,p )=1,则a p −1≡1(mod p ) 证明:设p 为质数,若a 是p 的倍数,则)(m od 0p a a p≡≡.若a 不是p 的倍数,则1),(=p a 由欧拉定理得:)(mod 1,1)()(p ap p p ≡-=ϕϕ,)(mod ),(mod 11p a a p a p p ≡≡∴-,由此即得.4、(威尔逊定理) p 为质数 ⇔ (p -1)!≡-1 (mod p )证明:充分性:若p 为质数,当p =2,3时成立,当p >3时,令x ∈{1, 2, 3, …, p −1},则1),(=p x ,在x p x x )1(,,2,-Λ中,必然有一个数除以p 余1, 这是因为x p x x )1(,,2,-Λ则好是p 的一个剩余系去0. 从而对}1,,2,1{},1,2,1{-∈∃-∈∀p y p x ΛΛ,使得)(mod 1p xy ≡;若)(m od 21p xy xy ≡,1),(=p x ,则)(m od 0)(21p y y x ≡-,)(|21y y p -,这不可能. 故对于不同的}1,,2,1{,21-∈p y y Λ,有1xy ≡/)(m od 2p xy .即对于不同的x 对应于不同的y , 即1,,2,1-p Λ中数可两两配对,其积除以p 余1,然后有x ,使)(m od 12p x ≡,即与它自己配对, 这时)(m od 012p x ≡-,)(mod 0)1)(1(p x x ≡-+,∴1-=p x 或1=x .除1,1-=p x 外,别的数可两两配对,积除以p 余1.故)(mod 11)1()!1(p p p -≡⋅-≡-.必要性:若(p -1)!≡-1 (mod p ),假设p 不是质数,则p 有真约数d >1,故(p -1)!≡-1 (mod d ),另一方面,d <p ,故d |(p -1)!,从而(p -1)!≡0 (mod d ),矛盾! ∴p 为质数.5、算术基本定理:任何一个大于1的整数都可以分解成质数的乘积. 如果不考虑这些质因子的次序,则这种分解法是唯一的. 即对任一整数n >1,有n =p 1α1p 2α2…p k αk ,其中p 1<p 2<…<p k 均为素数, α1、α2、…、αk 都是正整数.①正整数d 是n 的约数⇔ d =p 1β1p 2β2…p k βk ,(0≤βi ≤αi , i =1, 2, …, k )② 由乘法原理可得:n 的正约数的个数为r (n )=(α1+1)(α2+1)…(αk +1) ③ n 的正约数的和为S (n )=(1+p 1+…+p 1α1)(1+p 2+…+p 2α2)…(1+p k +…+p k αk )④ n 的正约数的积为T (n )=1()2r n n⑤ n 为平方数的充要条件是:r (n )为奇数.(2) 判断质数的方法:设n 是大于2的整数,如果不大于n 的质数都不是n 的因子,则n 是质数. (3) n !的标准分解:设p 是不大于n 的质数,则n !中含质数p 的最高次幂为:).]([][][][)!(132+<≤++++=m m m p n p pnp n p n p n n P Λ 从而可以写出n !的标准分解式.例7、证明:当质数p ≥7时,240|p 4-1.1|2401|531653161|51|31),5(,1),3(16422)1)(1)(1(1111,1,1)1)(1)(1(1,72401744442242244-∴-⋅⋅--∴==⋅⋅++-=-+-++-++-=-∴≥-≥p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p 两两互素,则与,又费马小定理有:又整除=能被是相邻的偶数,则:和均为偶数,且又是奇数素数证:整除;能被时,、证明当素数例ΘΘΘΘ例8、求20052003被17除所得的余数.解:()2005200520052003171141414(mod17),=⨯+≡因为(17,14)1,=所以由费马小定理得16141(mod17),≡ 故()()()()()5420052005161255520031414143334312(mod17),⨯+≡≡≡≡-≡--≡--≡所以20052003被17除所得的余数是14.变式拓展:已知a 为正整数,a ≥2,且(a , 10)=1,求a 20的末两位数字.解:∵(a , 10)=1,∴a 为奇数,∴a 20=a φ(25)≡1(mod 25),又∵a 2≡1(mod 4)⇒ a 20≡1(mod 4), 又∵(25, 4)=1,∴a 20≡1(mod 100),∴a 20的末两位数字01.例9、证明:方程325y x =+无整数解.解:若y 是偶数,则8 |3y ,x 2≡3(mod 8)不可能. 故必有y 一定是奇数,从而x 是偶数.令x =2s ,y =2t +1得t t t s 36422232++=+, 知t 是偶数,令t =2j ,代入得s 2+1=j (16j 2+12j +3) 由(16j 2+12j +3)≡3(mod 4) 知存在4k +3型的奇素数p ,使得p |(16j 2+12j +3),从而p | s 2+1,即s 2≡-1(mod p ),有(s ,p )=1, 21212)1()(---≡p p s (mod p ),于是 1-p s ≡-1(mod p )与费尔马小定理矛盾.例10、 试证:对于每一个素数p ,总存在无穷多个正整数n ,使得p |2n -n.. 证明:若p =2,则n 为偶数时结论成立.若p >2,则(2,p )=1,由费尔马小定理2 p -1≡1(mod p ),故对于任意m ,有2 m (p −1)≡1(mod p ). ∴2 m (p −1)-m (p -1)≡1+m (mod p ),令1+m ≡0(mod p ),即m =kp -1, 则对于n =m (p -1)=(kp -1)(p -1)(k ∈N *),均有2 n -n 被p 整除例11、设a , b 为正整数,对任意的自然数n 有n na nb n ++,则a =b . 证明:假设a 与b 不相等. 考虑n =1有11a b ++,则a <b .设p 是一个大于b 的素数,设n 是满足条件的正整数:1(mod(1)),(mod ),n p n a p ≡-≡- 由孙子定理这样的n 是存在的,如 n =(a +1)(p -1)+1. 由费马定理(1)1(mod ),nk p a aa p -+=≡所以0(mod ),n a n p +≡也即,(mod )n n p b n bn ba p ++≡-再由费马定理,所以pb a -,矛盾. 例12、设p 是奇素数,证明:2 p -1的任一素因了具有形式x px ,12+是正整数.证明:设q 是2 p -1的任一素因子,则q ≠2. 设2模q 的阶是k ,则由)(m od 12q p≡知k |p ,故k =1或p (因p 是素数,这是能确定阶k 的主要因素).显然k ≠1,否则),(m od 121q ≡这不可能,因此k =p .由费马小定理)(mod 121q q ≡-推出.1|,1|--q p q k 即因p 、q 都是奇数,故q -1=2px (x 是个正整数).例13、设p 是大于5的素数, 求证:在数列1, 11, 111, …中有无穷多项是p 的倍数.证明: 因5p >是素数, 故(,10) 1.p =由费马小定理1101(mod ),p p -≡故对每一个正整数l 有()11010(mod ),l p p --≡ 而()()(){1111019999111,l p l p l p ----==⨯L L 123个个因()1(,9)1,101,l p p p -=- 故(){111 1.l p p -L 个例14、证明:若0(mod ),ppm n p +≡则20(mod ),ppm n p +≡这里p 是奇素数.证明:因p 是奇素数,故由费马定理得,(mod ),(mod ).ppm m p n n p ≡≡于是,(mod ).ppm n m n p +≡+ 故可由已知条件0(mod )ppm n p +≡得0(mod ).m n p +≡故存在整数k 使得,.m n pk n pk m +==- 因此()()()()()()()12122111210(mod ).p p p p p p p p p rp rrrp p ppm n m pk m pk C pk m C pk m Cpk m Cpk m p -----+=+-=-+++-++≡LL例15、(2004第36届加拿大奥林匹克) 设p 是奇质数,试证:∑-=-+≡11212)(mod 2)1(p k p p p p k例16、(第44届IMO ) 设p 是质数,试证:存在一个质数q ,使对任意整数n ,数n p −p 不是q 的倍数.例17、已知p是给定的质数,求最大正整数m满足:⑴1≤m≤p−1;⑵∑-=≡11) (modpkm p k.例18、(2006国家集训队测试题) 求所有的正整数对(a, n),使得n|(a+1)n−a n课外练习题:1、①证明:f (x )=15x 5+13x 3+715x 是一个整值多项式. ②求证:f (n )=15n 5-32n 2+1310n -1被3除余2.①则只需证=)(15x f x x x 75335++是15的倍数即可. 由3,5是素数及Fetmat 小定理得)5(mod 5x x ≡,)3(mod 3x x ≡,则)5(m od 07375335≡+≡++x x x x x ;)3(m od 0275335≡+≡++x x x x x而(3,5)=1,故)15(mod 075335≡++x x x ,即)(15x f 是15的倍数, 所以)(x f 是整数. 2、 证明:2730|n 13-n (n ∈N *))(|2730137532),(137532)(|2),(|3),(|5),(|7)(,)(,)(,)(,)()1)(1)(1)(1)(1()1)(1)(1()1)(1(),(|13),(,)(1375322730)(,|273043212433527162263366131313n f n f n f n f n f n f n f n n n f n n n f n n n f n n n f n n n n n n n n n n n n n n n n n n f N n n n n f N n n n 两两互素,故,,,,且均整除,,,,即由费马小定理可知:的因式都是故由于可知则由费马小定理,,若记=证明:【练习】证明:-=-=-=-=++-+++-=++-=+-=-∈-=⋅⋅⋅⋅∈-Θ3、 已知有正整数b a b a ab ba b a ++++的最大公约数不超过与是整数,求证:使得11,.证明:由于a +1b +b +1a =a 2+b 2+a +b ab……①,设(a , b )=d ,则d 2|a 2+b 2,显然d 2|ab ,由①得,d 2|a +b于是a +b ≥d 2,a +b ≥d ,即 (a , b )≤a +b .4、求最小的正整数k ,使得存在非负整数m ,n 满足k =19m -5n5、将与105互素的所有正整数从大到小排列,试求出这个数列的第1000项;法一:由105=3×5×7;故不超过105而与105互质的正整数有105×(1-13)(1-15)(1-17)=48个.1000=48×20+48-8, 105×20=2100. 而在不超过105的与105互质的数中第40个数是86. ∴ 所求数为2186. 法二:6.设n m ,为正整数,具有性质:等式(171,)(171,)k m k n -=-对所有的正整数k 成立. 证明:17rm n =,其中r 是某个整数.。
欧拉定理
莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler ,1707年4月15日~1783年9月18日),瑞士数学家,13岁进巴塞尔大学读书,得到著名数学家贝努利的精心指导.欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家,他从19岁开始发表论文,直到76岁,他那不倦的一生,共写下了886本书籍和论文,其中在世时发表了700多篇论文。
彼得堡科学院为了整理他的著作,整整用了47年。
欧拉著作惊人的高产并不是偶然的。
他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神,可以使他在任何不良的环境中工作:他常常抱着孩子在膝盖上完成论文。
即使在他双目失明后的17年间,也没有停止对数学的研究,口述了好几本书和400余篇的论文。
当他写出了计算天王星轨道的计算要领后离开了人世。
欧拉永远是我们可敬的老师。
欧拉研究论著几乎涉及到所有数学分支,对物理力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学、音乐都有研究!有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等是以欧拉名字命名的。
欧拉写的数学教材在当时一直被当作标准教程。
19世纪伟大的数学家高斯(Gauss,1777-1855)曾说过“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法”。
欧拉还是数学符号发明者,他创设的许多数学符号,例如π,i,e,sin,cos,tg,Σ,f (x)等等,至今沿用。
欧拉不仅解决了彗星轨迹的计算问题,还解决了使牛顿头痛的月地问题。
对著名的“哥尼斯堡七桥问题”的完美解答开创了“图论”的研究。
欧拉发现,不论什么形状的凸多面体,其顶点数V、棱数E、面数F 之间总有关系V+F-E=2,此式称为欧拉公式。
V+F-E即欧拉示性数,已成为“拓扑学”的基础概念。
数论定理编辑内容在数论中,欧拉定理,(也称费马-欧拉定理)是一个关于同余的性质。
欧拉定理表明,若n,a为正整数,且n,a互质,则:证明将1~n中与n互质的数按顺序排布:x1,x2……xφ(n) (显然,共有φ(n)个数)我们考虑这么一些数:m1=a*x1;m2=a*x2;m3=a*x3……mφ(n)=a*xφ(n)1)这些数中的任意两个都不模n同余,因为如果有mS≡mR (mod n) (这里假定mS更大一些),就有:mS-mR=a(xS-xR)=qn,即n能整除a(xS-xR)。
费马大定理—数学史上著名的定理
— 数学史上著名的定理
中文名: 外文名: 费马大定理 Fermat’ s Last Theorem
别 称: 表达式:
费马最后的定理 x n y n z n (n 2时, 无正整数解)
提出者: 皮耶 • 德 • 费马(法国) 提出时间: 1637年左右 证明者: 安德鲁 • 怀尔斯(英国) 证明时间: 1995年彻底证明
历史研究
莫德尔猜想
1922年,英国数学家莫德尔提出一个著名猜想,人们叫 做莫德尔猜想。按其最初形式,这个猜想是说,任一不可约、 有理系数的二元多项式,当它的 “亏格” 大于或等于 2 时,最 多只有有限个解。记这个多项式为f ( x , y ),猜想便表示:最 多存在有限对数偶 xi , yi Q ,使得 f ( xi , yi ) 0。后来,人们 把猜想扩充到定义在任意数域上的多项式,并且随着抽象 代数几何的出现,又重新用代数曲线来叙述这个猜想了。 ( n 1)( n 2) n n 而费马多项式 x y 1没有奇点,其亏格为 。 2 当 n ≥ 4 时,费马多项式满足猜想的条件。因此,如 果莫德尔猜想成立,那么费马大定理中的方程 x n y n z n 本质上最多有有限多个整数解。
历史研究
接力证明
1844年,库默尔提出了 “理想数” 概念,他证明了:对于 所有小于100的素指数 n ,费马大定理成立,此一研究告一阶 段。但对一般情况,在猜想提出的头两百年内数学家们仍对 费马大定理一筹莫展。 1847年,巴黎科学院上演戏剧性一幕,当时著名数学家 拉梅和柯西先后宣布自己基本证明费马大定理,拉梅还声称 证明引用了刘维尔复数系中的唯一因子分解定理,刘维尔 则说这一定理源自欧拉和高斯的思想。大数学家都被扯 入其中,似乎结论十分可靠。就在此时刘维尔宣读了 德国数学家库默尔的来信,明确指出证明中的复数 系的唯一因子分解定理并不普遍成立,于是拉梅 和柯西的证明都是错的。
费马大定理—数学史上著名的定理
历史研究
悬赏求证
1908年,格丁根皇家科学协会公布沃尔夫斯凯尔奖:凡 在2007年9月13日前解决费马大定理者将获得100000马克奖励。 提供该奖者沃尔夫斯凯尔是德国实业家,年轻时曾为情所困 决意在午夜自杀,但在临自杀前读到库默尔论述柯西和拉梅 证明费马定理的错误让他情不自禁地计算到天明,设定自杀 时间过了,他也放不下问题的证明,数学让他重生并后来 成为大富豪,1908年这位富豪死时,遗嘱将其一半遗产 捐赠设奖,以谢其救命之恩。 从此世界毎年都会有成千上万人宣称证明了费马 大定理,但全部都是错的,一些数学权威机构, 不得不预写证明否定书。
历史研究
证明完成
1993年6月在剑桥牛顿学院要举行一个名为 “L函数和算 术” 的学术会议,组织者之一正是怀尔斯的博士导师科茨, 于是在1993年6月21日到23日怀尔斯被特许在该学术会上以 “模形式、椭圆曲线与伽罗瓦表示” 为题,分三次作了演讲。 听完演讲人们意识到谷山—志村猜想已经证明。由此把法 尔廷斯证明的莫德尔猜想、肯 • 里贝特证明的弗雷命题和怀 尔斯证明的谷山—志村猜想联合起来就可说明费马大定理 成立。其实这三个猜想每一个都非常困难,问题是怀尔 斯最后证明,他变为完成费马大定理证明的最后一棒。 1993年6月23日从剑桥牛顿学院传出费马大定理 被证明之后,世界媒体铺天盖地般报道了该喜讯。
历史研究
谷山丰猜想
1984年,德国数学家弗雷在德国小城奥伯沃尔法赫的一次 数论研讨会上宣称:假如费马大定理不成立,则由费马方程可 构造一个椭圆曲线,它不可被模形式化, 也就是说谷山 — 志村 猜想将不成立。 但弗雷构造的所谓 “弗雷曲线” 不可模形式化也 说不清具体证明细节,因此也只是猜想,被称为 “弗雷命题” , 弗雷命题如得证,费马大定理就与谷山 — 志村猜想等价。
欧拉定理的英文
欧拉定理的英文Euler's TheoremLeonhard Euler, a renowned Swiss mathematician, is widely regarded as one of the most influential figures in the history of mathematics. His contributions to the field are vast and diverse, spanning numerous areas of study, including number theory, calculus, and graph theory. One of Euler's most significant achievements is the formulation of Euler's theorem, a fundamental principle that has had a profound impact on our understanding of the properties of numbers and their relationships.Euler's theorem, also known as Fermat's little theorem, states that for any positive integer a and any prime number p, if a and p are relatively prime (meaning they have no common factors other than 1), then a raised to the power of (p-1) is congruent to 1 modulo p. In other words, the remainder when a raised to the power of (p-1) is divided by p is always 1.Mathematically, Euler's theorem can be expressed as:a^(p-1) ≡ 1 (mod p)where a is any positive integer, p is a prime number, and the symbol ≡ means "is congruent to."The proof of Euler's theorem is based on the concept of modular arithmetic, which deals with the properties of numbers when they are divided by a fixed number, called the modulus. In modular arithmetic, two numbers are considered congruent if they have the same remainder when divided by the modulus.To prove Euler's theorem, we can use the concept of the Euler totient function, denoted as φ(n), which represents the number of positive integers less than or equal to n that are relatively prime to n. Euler showed that for any positive integer n, the following property holds:a^(φ(n)) ≡ 1 (mod n)where a is any positive integer that is relatively prime to n.When n is a prime number p, the Euler totient function simplifies to φ(p) = p-1, as all the positive integers less than p are relatively prime to p. Substituting this into the above equation, we get Euler's theorem:a^(p-1) ≡ 1 (mod p)Euler's theorem has numerous applications in various areas of mathematics and computer science. In number theory, it is used to study the properties of modular arithmetic and to develop algorithms for cryptography. In computer science, it is employed in the design of efficient algorithms for tasks such as primality testing and modular exponentiation.One of the most notable applications of Euler's theorem is in the field of public-key cryptography, particularly in the widely used RSA (Rivest-Shamir-Adleman) algorithm. The RSA algorithm relies on the fact that for any positive integers a and n that are relatively prime, the following property holds:a^(φ(n)) ≡ 1 (mod n)This property is a direct consequence of Euler's theorem and is crucial for the security of the RSA algorithm.In addition to its practical applications, Euler's theorem is also of great theoretical importance. It provides insights into the structure of finite groups and the properties of modular arithmetic, which are fundamental concepts in abstract algebra and number theory.Euler's theorem is a testament to the elegance and power ofmathematical reasoning. Its simplicity and far-reaching implications have made it a cornerstone of modern mathematics, and its influence continues to be felt in various fields of study. As we delve deeper into the realm of mathematics, Euler's theorem remains a shining example of the beauty and depth of the subject, inspiring generations of mathematicians to push the boundaries of our understanding.。
euler定理
Euler定理引言欧拉定理是数论中的一项重要定理,由瑞士数学家欧拉于18世纪提出。
它涉及到整数幂与模运算的关系,被广泛应用于密码学、数论和代数学等领域。
本文将深入探讨欧拉定理的定义、证明及应用。
欧拉定理的定义欧拉定理是欧拉在1760年提出的一个重要数论定理,它为整数的模幂运算提供了一个重要的性质。
欧拉定理的表述若a与n互质(即a和n的最大公约数为1),则有以下恒等式成立:aϕ(n)≡1modn,其中ϕ(n)表示n的欧拉函数值。
欧拉函数的定义欧拉函数ϕ(n)是小于等于n且与n互质的正整数的个数。
例如,ϕ(8)=4,因为小于等于8且与8互质的正整数有1、3、5、7四个。
欧拉定理的证明欧拉定理的证明是基于数论的一些重要概念和定理的推导。
概念1:互质两个数a和b,如果它们的最大公约数(Greatest Common Divisor,简称GCD)为1,则称a和b互质。
定理1:费马小定理若p为素数,a为不是p的倍数的整数,则有a p−1≡1modp。
费马小定理为欧拉定理的一个重要推论。
定理2:欧拉函数与素数的关系若p为素数,则ϕ(p)=p−1。
定理3:欧拉函数的乘性若a和b互质,则ϕ(a⋅b)=ϕ(a)⋅ϕ(b)。
推导欧拉定理的证明根据定理2,若n为素数,则ϕ(n)=n−1。
因此,我们只需要考虑当n为合数时,欧拉定理是否成立。
设n为合数,可以将n分解为不同的素数的幂的乘积,即n=p1a1⋅p2a2⋅p3a3⋅...⋅p k a k。
根据定理3,对于任意两个互质的正整数a和b,有ϕ(a⋅b)=ϕ(a)⋅ϕ(b)。
因此,我们可以将问题转化为考虑n=p a的情况。
设n = p是一个素数的幂,则根据质数的性质,小于等于n且与n互质的正整数是n−n/p个。
因此,ϕ(n)=n−n/p=n(1−1/p)。
由此可见,当n为素数的幂时,欧拉定理也成立。
综上所述,无论n是素数还是合数,欧拉定理都成立。
欧拉定理的应用欧拉定理在密码学、数论和代数学等领域有广泛的应用。
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由于 31和127是素数 并且 235 1 = 31*127*8727391
所以,235 1的另外的素因数p只可能在数列
费 马 小 定 理 和欧拉 定理PP T执教课 件 人 教 版1( 精品课 件)
1 b ax = b db cy = b d(b c) y b d (mod m)。
若 x < 0,y > 0,由式(4)知
1 b cy = b db ax = b d(ba) x b d (mod m)。
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针对性练习
一、 设a,b,c,m是正整数,m > 1, (b, m)
= 1, 并且b a 1 (mod m),b c 1 (mod m), 记d = (a, c),则bd 1 (mod m). 解 利用辗转相除法可以求出整数x,y,使得ax cy = d,显然xy < 0. 若 x > 0,y < 0,由式(4)知
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科普知识
费马生于法国南部 ,
贡献包括:与笛卡尔共 同创立了解析几何;创 造了作曲线切线的方法 . 最有名的是费马大定理, 即不可能有满足 xn+yn=zn ,n>2的正整数 x,y,z,n存在.费马小 定理是费马在1640年提 出.
任意整数,且(ɑ, m )=1,则
aφm 1modm,其中φm表示1,2,...,m
费马与定理
费马与定理
自从17世纪以来,费马(Fermat)这个名字就与数学史上最具挑战性的问题之一——费马大定理紧密相连。
费马大定理已经成为数学家们探讨数学本质、推动数学发展的催化剂。
本文将介绍费马的背景、费马大定理的提出和影响、证明历程,以及在数学领域的意义、其他领域的应用和后世数学家的启示。
费马,原名皮埃尔·德·费马,出生于法国,是一位律师、政治家和数学家。
他在数学领域的成就是多方面的,包括解析几何、微积分和概率论等。
然而,使他闻名于世的则是他提出的费马大定理。
费马大定理的表述为:“对于任意大于2的整数n,方程x^n + y^n =
z^n 不存在正整数解。
”这个定理的提出,一度引起了数学界的广泛关注,许多数学家都试图证明这一定理。
然而,费马大定理的证明过程远比想象中的要艰难。
从17世纪到20世纪,费马大定理一直悬而未决。
直到1994年,英国数学家安德鲁·怀尔斯通过引入椭圆曲线等高级数学工具,终于证明了费马大定理。
这一成果标志着数学界一个重要难题的解决,同时也为其他领域的数学研究提供了新的启示。
费马大定理的证明,不仅彰显了数学家们对数学本质的探究精神,还体现了数学领域的创新与发展。
值得一提的是,费马大定理在其他领域也有广泛的应用,如密码学、计算机科学等。
此外,费马大定理的证明过程还为后世数学家提供了宝贵的经验和启示,激发了他们对数学的热爱与执着。
总之,费马大定理作为数学史上的一项伟大成就,既体现了数学家们对真理的追求,又展示了数学领域的创新力量。
费马大定理的证明历程和相关研究,将继续激发广大数学家为探索数学的奥秘而努力。
第二章第4节 欧拉定理 费马小定理 《信息安全数学基础》课件
ari rj (mod m)
所以 (ar1 )(ar2 ) (ar (m) ) r1r2 r (m) (mod m)
即 a(m)r1r2 r(m) r1r2 r(m) (mod m)
又因
所以
(ri , m) 1, i 1, 2, ,(m)
(r1r2 r (m) , m) 1
故
16
6、有布7丈5尺,裁剪成大人和小孩的衣料,大人一件 衣服用布7尺2寸,小孩一件衣服用布3尺,问各裁剪多 少件衣服恰好把布用尽。 7、求201319852004 被7除余数是几?
17
本章主要内容
同余
剩余类
基本性质
简化剩余类
完全剩余系 简化剩余系 欧拉定理 费马定理
欧拉函数及其计算方法
15
半期试题 第1题10分,2-7题各15分。 1、p 3为素数,求证8 p2 1不能为素数。 2、问123451234的最后两位数? 3、用同余的方法证明:是否存在五个连续自然数, 将得前四个数的平方和等于第五个数的平方。 4、解同余式方程589x 1026(mod 817) 5、求20!的标准分解式。
证 因p是素数,则对任何整数a,有p | a,或(a, p) 1.
若p | a,显然有 a p a (mod p).
若(a, p) 1,则由欧拉定理 a( p) 1 (mod p)
又( p) p 1, 于是
a p1 1 (mod p) a p a (mod p)
5
例5 设p, q是两个不同的奇素数, n pq, (a, pq) 1,
aed a (mod p) aed a (mod q)
aed a (mod[ p, q])
aed a (mod n)
费马大定理的证明及启示双语
费马大定理的证明及启示双语2019-09-06费马大定理的证明及启示双语摘要美国普林斯顿大学的.怀尔斯经过近10年的潜心研究,终于证明了费马大定理。
他的工作的意义不仅在于证明了费马大定理,更重要的是其中的思想和方法大大地丰富和发展了数论这门学科,在某种意义上推动了数学的发展,并在数学研究等方面给予我们很多启示。
关键词:费马大定理、无穷递降法、谷山-志村猜想、椭圆曲线、模形式、弗雷命题。
The Proof and Enlightenment of the Fermat Last TheoremAbstractAndrew Wiles, a professor of Princeton University, has been studied the Fermat last theorem with great concentration for 10 years, He finally has proved the Fermat last theorem.His works’ significance was not only that he had proved the Fermat last theorem,More important was that the thoughts and the methods in it greatly enriched and developed the number theory. Andrew Wiles’Works impelled mathematics dev elopment in some kinds of significance, and gave us many enlightenment on mathematics research.Key words: Fermat last theorem、Method of infinite descent、Taniyama—Shimura conjecture、Elliptic curve、Modular form、Frey proposition.费马大定理的证明及启示双语摘要美国普林斯顿大学的.怀尔斯经过近10年的潜心研究,终于证明了费马大定理。
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Euler’s Theorem and Fermat ’s TheoremBook: Elementary Methods in number theoryAuthor :Melvyn B. NathansonPage :7167P P -2.5 Euler’s Theorem and Fermat ’s TheoremEuler ’s theorem and its corollary ,Fermat ’s theorem ,are fundamental results in number theory ,with many applications in mathematics and computer science .In the following sections we shall see how the Euler and Fermat theorems can be used to determine whether an integer is prime or composite ,and how they are applied in cryptography.Theorem2.12(Euler )Let m be a positive integer, and let a be an integer relatively prime to m .Then()()m a m mod 1≡ϕ.Proof. Let (){}m r r ϕ ,1be a reduced set of residues modulo m .Since ()1,=m a ,we have ()()()m i m ar i ϕ ,11,== for 1,,()i m ϕ= .Consequently, for every (){}m i ϕ ,1∈there exists ()(){}m i ϕσ ,1∈such that()()m r ar i i mod σ≡.Moreover ,()m ar ar j i mod ≡ if and only if j i =,and so σ is a permutation of the set (){}m ϕ ,1 and (){}m ar ar ϕ ,1 is also a reduced set of residues modulo m .It follows that ()()()()()()()m ar ar ar a m r r r m m mod 2121ϕϕϕ ≡()()()()m r r r m m o d 21σσσ ≡()()m r r r m mod 21ϕ ≡Dividing by ()m r r r ϕ 21,we obtain()()m a m mod 1≡ϕThis completes the proof.The following corollary is sometimes called Fermat ’s litter theorem.Theorem 2.13 (Fermat ) Let p be a prime number .If the integer a is not divisible by p ,then()p a r mod 11≡-Moreover,()p a a p mod ≡for every integer a .Proof . If p is prime and does not divide a, then ()1,=p a ,()1-=p p ϕ,and()()p a a p p mod 11≡≡-ϕby Euler’s theorem. Multiplying this congruence by a ,we obtain()p a a p mod ≡If p divides a ,then this congruence also holds for a .Let m be a positive integer and let a be an integer that is relatively prime to m .By Euler ’s theorem,()()m a m mod 1≡ϕ.The order of a with respect to the modulus m is the smallest positive integer d such that ()m a d mod 1≡.Then ()m d ϕ≤≤1.We shall prove that ()a ord m divides ()m ϕ for every integer a relatively prime to pTheorem 2.14 Let m be a positive integer and a an integer relatively prime to m .If d is the order of a modulo m ,then ()m a a lk mod ≡ if and only if ()d l k mod ≡.In particular, ()m a n mod 1≡ if and only if d divides n ,and so d divides ()m ϕ.Proof. Since a has order modulo m ,we have ()m a dmod 1≡.If ()d l k mod ≡,then dq l k +=,and so()()m a a a a a l q d l dq l k mod ≡==+.Conversely, suppose that ()m a a l k mod ≡.By the division algorithm, there exist integers q andr such thatr dq l k +=-and 10-≤≤d r .Then()()m a a a a a a a r k r q d l r dq l k mod ≡==++Since ()1,=m a k ,we can divide this congruence by k a and obtain()m a r mod 1≡Since 10-≤≤d r , and d is the order of a modulo m, it follows that 0=r ,and so ()d l k mod ≡.If )(mod 1m a a n ≡≡,then d divides n .In particular, d divides )(m ϕ,since )(mod 1)(m a m ≡ϕ by Euler ’s theorem.For example; let 15=m and a=7.Since 8)15(=ϕ,Euler ’s theorem tells us that)15(mod 178≡Moreover, the order of 7 with respect to 15 is a divisor of 8. We can compute the order as follows:)15(mod 771≡)15(mod 44972≡≡)15(mod 132873≡≡)15(mod 19174≡≡And so the order of 7 is 4.We shall give a second proof of Euler ’s theorem and its corollaries .we begin with some simple observations about groups. We define the order of a group as the cardinality of the group.Theorem 2.15 (Lagrange ’s theorem) If G is a finite group and H is a subgroup of G , then the order of H divides the order of GProof .Let G be a group ,written multiplicatively, and let X be a nonempty subset of G .For every ∈a G ,we define the set):{X x ax aX ∈=The map aX X f →: defined by ax x f =)( is a bijection, and so aX X = for all ∈a G .If H is subgroup of G , then aH is called a coset of H . Let aH and bH be cosets of the subgroup H 。
If φ≠⋂bH aH ,then there exist H y x ∈,such that by ax =,or ,since H is a subgroup,az axy b ==-1,where H xy z ∈=-1。
Then ah azh bh ∈= forall H h ∈and so aH bH ⊆.By symmetry , aH bH ⊆,and so aH bH =.Therefore , cosets of a subgroup H are either disjoint or equal .Since every element of G belongs to some coset of H (for example , a aH ∈ for all ∈a G ),it follows that the cosets of H partitionG .We denote the set of cosets by G H .If G is a finite group, then H and G H are finite ,andG H G H = In particular, we see that H divides G .Let G be a group ,written multiplicatively ,and let a G ∈.Let {:}k H a k z =∈.Then 01a H G =∈⊆。
Since k l k l a a a += for all ,k l Z ∈,it follows that H is a subgroup of G .This subgroup is called the cyclic subgroup generated by a ,and written a .Cyclic subgroups are abelian.The group G is cyclic if there exists an element G a ∈such that a G =.In this cases ,the element a is called a generator of G 。