#前言
数论专题,如果不了解欧拉函数的话可以先看我前面的博客,有对欧拉函数较为详细的介绍
#欧拉定理
直接切入主题。
对于和n互质的数x,有** x φ ( n ) x^{φ(n)} xφ(n)≡1(mod n)**
###证明
设所有和n互质的数为 X 1 X_1 X1, X 2 X_2 X2,…, X φ ( n ) X_{φ(n)} Xφ(n)
有一个和n互质的数k,再定义集合A={ k k k ∗ * ∗ X 1 X_1 X1, k k k ∗ * ∗ X 2 X_2 X2,…, k k k ∗ * ∗ X φ ( n ) X_{φ(n)} Xφ(n)}
结论1:A中没有两个数模n同余
证明:
假设ak≡bk(mod n)
那么有ak-bk=nq,即(a-b)k=qn,左式模n为0
k与n互质
且1 < < <(a-b) < < <n,所以(a-b)也模n不等于0
那么显然上式不成立,结论得证。
结论2:A中所有数模n的余数都与n互质
证明:
假设gcd( k k k ∗ * ∗ X i X_i Xi mod n, n)=r
那么 k k k ∗ * ∗ X i X_i Xi=qn+pr
那么 k k k ∗ * ∗ X i X_i Xi也有因子r,那么kXi与n不互质,这就和前面的定义不符了,结论得证。
然后 X 1 , X 2 . . . . X φ ( n ) X_1,X_2....X_{φ(n)} X1,X2....Xφ(n)都小于n,所以我们可得A中的数模n的余数应该与 X 1 X_1 X1, X 2 X_2 X2,…, X φ ( n ) X_φ(n) Xφ(n)唯一对应。
即 X 1 X_1 X1 ∗ * ∗ X 2 X_2 X2 ∗ * ∗…… ∗ * ∗ X φ ( n ) X_φ(n) Xφ(n) ≡ k k k ∗ * ∗ X 1 X_1 X1 ∗ * ∗ k k k X 2 X_2 X2 ∗ * ∗… ∗ * ∗ k k k ∗ * ∗ X φ ( n ) X_φ(n) Xφ(n) (mod n)
移项,提取公因数,得
0 ≡ ( k φ ( n ) k^{φ(n)} kφ(n)-1) X 1 X_1 X1 ∗ * ∗ X 2 X_2 X2 ∗ * ∗…… ∗ * ∗ X φ ( n ) X_φ(n) Xφ(n) (mod n)
显然 X 1 X_1 X1 ∗ * ∗ X 2 X_2 X2 ∗ * ∗…… ∗ * ∗ X φ ( n ) X_φ(n) Xφ(n)是与n互质的,所以 k φ ( n ) − 1 k^{φ(n)}-1 kφ(n)−1≡0(mod n)
k φ ( n ) k^{φ(n)} kφ(n)≡1(mod n)
结论得证
#费马小定理
只不过是欧拉定理的一个特殊情况,当p是质数时
当p是质数时,φ§=p-1;
所以 x p − 1 x^{p-1} xp−1≡1(mod p)