初等数论中的几个重要定理
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基础知识
定义(欧拉(Euler)函数)一组数
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这是数论中的非常重要的一个函数,显然
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引理:
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定理1:(欧拉(Euler)定理)设
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证明:取模
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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。
定理2:(费尔马(Fermat)小定理)对于质数
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设
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定理
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定理3:(威尔逊(Wilson)定理)设
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分析与解答:受欧拉定理的影响,我们也找
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证明:对于
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从而对
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若
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除
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定义:设
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定理4:(中国剩余定理)设
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这里
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中国定理的作用在于它能断言所说的同余式组当模两两互素时一定有解,而对于解的形式并不重要。
定理5:(拉格郎日定理)设
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定理6:若
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以上介绍的只是一些系统的知识、方法,经常在解决数论问题中起着突破难点的作用。另外还有一些小的技巧则是在解决、思考问题中起着排除情况、辅助分析等作用,有时也会起到意想不到的作用,如:
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典例分析
例1.设
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证明:因为
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于是,
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注明:现考虑整数
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因而关于
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例2.试求不大于100,且使
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解:通过逐次计算,可求出
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因而通项为
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3,9,5,4,1,3,9,5,4,1,………
类似地,经过计算可得
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7,5,2,3,10,4,6,9,8,1,………
于是由上两式可知通项为
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3,7,0,0,4,0,8,7,5,6,………
这就表明,当
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又由于数列的周期性,故当
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从而当
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下面我们着重对Fetmat小定理及其应用来举例:
例3.求证:对于任意整数
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证明:令
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由3,5是素数及Fetmat小定理得
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而(3,5)=1,故
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例4.求证:
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证明:令
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所以
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由Fetmat小定理,知13|
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又13,7,5,3,2两两互素,所以2730=
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例5.设
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证明:不妨设
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若2
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所以2|
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若3
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若 5
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所以
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从而5|
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又(2,3,5)=1,所以30|
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下面讲述中国剩余定理的应用
例6.证明:对于任意给定的正整数
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证明:由于素数有无穷多个,故我们可以取
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因为
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注:(1)本题的解法体现了中国剩余定理的一个基本功效,它常常能将“找连续
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(2)本题若不直接使用素数,也中以采用下面的变异方法:由费尔马数
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例7.证明:对于任意给定的正整数
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分析:我们来证明,存在连续
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证明:取
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因为
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对于
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例8. 设
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证明:存在整数
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证明:我们先证明,当
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若
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若
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一般情形下,设
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同余式
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同余式
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现不难验证解
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于是
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故
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注:此题的论证表现了中国剩余定理最为基本的作用:将一个关于任意正整数
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