歐拉定理及其證明


我真的很遜,所以有錯也說不定。
這篇很簡,所以看不懂也說不定。

總覺得小滿哥講過這個證明,雖然身為老年健忘選手我大概是不記得什么了。。

歐拉定理:\(a^{\varphi(n)} \equiv 1 \ (mod \ n)\) ,其中 \((a,n) = 1\)
費馬小定理:\(a^{p-1} \equiv 1 \ (mod\ p)\) ,其中 \((a,p) = 1\) ,容易發現是歐拉定理的一種特殊情況。

歐拉定理證明:(同余式默認模 \(n\)
\(X_1,X_2,...,X_{\varphi(n)}\)\(1\)\(n\) 里與 \(n\) 互質的數,容易發現它們模 \(n\) 兩兩不同,且余數都與 \(n\) 互質(廢話,因為模了之后還是原數嘛)

然后我們發現 \(aX_1,aX_2,...,aX_{\varphi(n)}\) 好像也有如上兩個性質。。

\(n\) 兩兩不同:反證,若 \(aX_i \equiv aX_j \ (mod\ n)\) ,則 \(aX_i-aX_j \equiv 0\) ,則 \(a(X_i-X_j) \equiv 0\) ,由於 \(a\)\(n\) 互質 ,\(X_i-X_j\) 不可能是 \(n\) 的倍數,所以模 \(n\) 一定不為 \(0\)

余數都與 \(n\) 互質:\(a\)\(n\) 互質,\(X_i\)\(n\) 互質,所以 \(aX_i\) 也 與 \(n\) 互質 (這很感性理解orz)

有了這兩個性質,我們就可以發現 \(aX_1,aX_2,...,aX_{\varphi(n)}\)\(n\) 后一定是 \(\varphi(n)\) 個不同的與 \(n\) 互質的數,那不就肯定是 \(X_1,X_2,...,X_{\varphi(n)}\) 這個集合。

所以得到 $$X_1 \cdot X_2 ...X_{\varphi(n)} \equiv aX_1 \cdot aX_2 ...aX_{\varphi(n)}\ (mod\ n)$$

\[\Rightarrow 1 \equiv a^{\varphi(n)}\ (mod\ n) \]

\(QED.\)


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