(扩展)欧拉定理
欧拉定理
结论
设 \(a, m \in N^{+}\) 且 \(\gcd(a, m) = 1\),有 \(a^{\varphi(m)} \equiv 1(\bmod m)\)
证明
设 \(r_1, r_2, ..., r_{\varphi(m)}\) 是模 \(m\) 意义下的简化剩余系,则 \(ar_1, ar_2, ..., ar_{\varphi(m)}\) 也是模 \(m\) 意义下的一个简化剩余系。所以 \(\prod\limits_{i = 1}^{\varphi(m)} r_i \equiv \prod\limits_{i = 1}^{\varphi(m)} ar_i \equiv a^{\varphi(m)} \prod\limits_{i = 1}^{\varphi(m)} r_i(\bmod m)\)。约去 \(\prod\limits_{i = 1}^{\varphi(m)} r_i\) 可得 \(a^{\varphi(m)} \equiv 1(\bmod m)\)
当 \(m\) 为素数时,因为 \(\varphi(m) = m - 1\),代入欧拉定理可得费马小定理
扩展欧拉定理
结论
证明
\(\gcd(a, m) = 1\)
由普通欧拉定理得 \(a^{\varphi(m)} \equiv 1 \pmod m\)
设 \(b = k \varphi(m) + r, 0 \leq r < \varphi(m)\)
因为 \(a^b \equiv a^{k \varphi(m)} \times a^r \pmod m\)
又因为 \(a^{\varphi(m)} \equiv 1 \pmod m\)
所以 \(a^b \equiv a^r \equiv a^{b\ \bmod\ \varphi(m)} \pmod m\)
\(\gcd(a, m) \neq 1, b < \varphi(m)\)
证明略。
\(\gcd(a, m) \neq 1, b \geq \varphi(m)\)
对于任意质数 \(p\),设 \(m = p^r \times s\),其中 \(r\) 为 \(m\) 含质因子 \(p\) 的个数,即 \(\gcd(p, s) = \gcd(p^r, s) = 1\)
根据普通欧拉定理知 \(p^{\varphi(s)} \equiv 1 \pmod s\)
又根据欧拉函数的性质知 \(\varphi(m) = \varphi(p^r) \times \varphi(s)\)
所以 \(p^{\varphi(m)} \equiv p^{\varphi(p^r) \times \varphi(s)} = (p^{\varphi(s)})^{\varphi(p^r)} \equiv 1 \pmod s\)
设 \(p^{\varphi(m)} = k \times s + 1\),
\(\therefore p^{\varphi(m) + r} \equiv p^r \pmod m\)
【结论 \(1\)】\(\therefore \forall x \geq r, p^x \equiv p^{x + k \times \varphi(m)} \pmod m\),其中 \(k \in \mathbb{N}\)
设 \(b = k \times \varphi(m) + y\),其中 \(0 \leq y < \varphi(m)\)
由结论 \(1\) 知 \(p^b \equiv p^{\varphi(m) + y} \equiv p^{b\ \bmod\ \varphi(m) + \varphi(m) } \pmod m\)
设 \(a = \prod\limits_{i = 1}^m p_i\),其中 \(p_i\) 为质数,有

浙公网安备 33010602011771号