一开始我都不知道费马是个人,以为和胡不归问题起名方法一样,是个浪费马的小定理所以叫费马小定理
内容
若ppp是质数,则对于任意整数aaa,有ap≡a^p \equivap≡a(moda(moda(mod p)p)p)。
证明
反过来两边同时除以aaa我们可以得到ap−1≡1a^{p-1} \equiv1ap−1≡1 (mod(mod(mod p)p)p),所以此时可以把该问题转换为证明ap−1a^{p-1}ap−1 modmodmod p=1p=1p=1,随手举个例子也确实没什么大问题:a=2a=2a=2,p=3p=3p=3时ap−1=4a^{p-1}=4ap−1=4,444 modmodmod 3=13=13=1,但是这只是个小数据的代入,所以不能看做是严格的证明。
ap−1a^{p-1}ap−1 modmodmod p=1p=1p=1可以转化为p×x=ap−1+1p \times x=a^{p-1}+1p×x=ap−1+1,然后这个方法我就证不下来了……
换个思路
gcd(a,p)=1gcd(a,p)=1gcd(a,p)=1,考虑1×a,2×a,3×a,……(p−1)×a1\times a,2\times a,3\times a,……(p-1)\times a1×a,2×a,3×a,……(p−1)×a共(p−1)(p - 1)(p−1)个数,将它们分别除以p,余数分别为r1,r2,.....,rp−1r_1,r_2,.....,r_{p-1}r1,r2,.....,rp−1,为集合{1,2,3...p−11,2,3...p-11,2,3...p−1}的重新排列,即1.3…(p-1)在余数中恰好各出现一次;这是因为对于任两个相异k×ak\times ak×a而言(k=1,2,3...(p−1))(k=1,2,3...(p-1))(k=1,2,3...(p−1)),其差不是p的倍数(所以不会有相同余数),且任一个k×ak\times ak×a亦不为ppp的倍数(所以余数不为000)。
因此1×2×3.....(p−1)≡(1×a)×(2×a)....((p−1)×a)(mod1\times 2\times 3.....(p-1)\equiv (1\times a)\times (2\times a)....((p-1)\times a) (mod1×2×3.....(p−1)≡(1×a)×(2×a)....((p−1)×a)(mod p)p)p)
即W≡W×(ap−1)(mod p)W \equiv W \times (a^{p-1}) (mod\ p)W≡W×(ap−1)(mod p)
在这里W=1×2×3…×(p−1)W=1 \times 2\times 3…\times (p-1)W=1×2×3…×(p−1),且gcd(W,p)=1gcd(W,p)=1gcd(W,p)=1
整理后可得费马小定理。
而费马小定理只是素数判定的一个必要条件,素数一定满足费马小定理,满足费马小定理的数,却不一定是素数。
另外一个应用就是求逆元。
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