フェルマーの小定理とは、が素数でがを割り切らないとき、
が成り立つ、という定理です。証明の骨格は「並べ替え」の観察にあります。
最終更新
フェルマーの小定理とは、が素数でがを割り切らないとき、
が成り立つ、という定理です。証明の骨格は「並べ替え」の観察にあります。
という個の数を、法で見てみます。これはの並べ替えになっています。 理由は単射性です。もし()なら。は素数でだから、範囲から。個の値が単射に個の枠(を除いた余り)へ収まるので全単射、つまり並べ替えです(どのもにはなりません。ならかで、どちらも範囲外か仮定に反します)。
並べ替えなら、両方の積は法で等しくなります。
はからまでの積で、どの因数も素数で割り切れないから。だから両辺をで割ってよく(合同式の割り算ができる条件そのもの)、が残ります。
同じ議論は、法が合成数でも通用します。からまでのうちと互いに素なもの全体(既約剰余系、個数は)に()を掛けても、同じ単射性の議論で既約剰余系の並べ替えになります。全部の積を比べれば、フェルマーの証明とそっくりの手順で
が出ます。オイラーの定理です。フェルマーの小定理は(素数なら)の特別な場合になっています。
なので(フェルマー)。なので
より、。指数がどれだけ巨大でも、法より1小さい数で指数を割った余りだけ見ればよい、というのが定理の実用的な使い方です。
フェルマーの小定理の逆は成り立ちません。つまりが成り立つからといってが素数とは限りません。有名な例がで、は合成数です(を底とする擬素数)。さらに悪いことに、のようなカーマイケル数は、自分と互いに素などんな底に対してもを満たしてしまい、フェルマーテストを完全に欺きます。それでも「が1つでも見つかればは合成数と確定できる」という片方向の判定力は失われないため、フェルマーテストは今日の確率的素数判定法(さらに強力なミラー–ラビン法など)の出発点になっています。
閑話休題:証明を書かない人、フェルマー フェルマーがこの定理を書き残したのは1640年、フレニクル・ド・ベシーへの手紙でのことでした。「証明は長すぎるので送らない」と結んで、詳細を残さなかったのです。最初に公刊された証明は、それから約100年後の1736年、オイラーによるものでした。「フェルマーは定理だけ書いて証明を書かない」——これは彼の代名詞となった最終定理(フェルマーの最終定理、証明が公になったのは 1995年、ワイルズによる)と全く同じ構図です。もっとも小定理のほうは、オイラーがきちんと後始末をつけてくれました。
条件と何を求めるかを確認してから、式と答えの対応を見比べてください。
次のべき乗を、指定された法で計算せよ(フェルマーの小定理・オイラーの定理で指数を落とすこと)。
解法の型 のとき 1 (mod n)(n が素数 p なら a^(p−1) 1)。指数を で割った余りに落とす
4^54 を 11 で割った余りを求めよ。
5^355 を 23 で割った余りを求めよ。
3^130 を 7 で割った余りを求めよ。
5^178 を 17 で割った余りを求めよ。
4^110 を 7 で割った余りを求めよ。
9^332 を 23 で割った余りを求めよ。
8^196 を 17 で割った余りを求めよ。
5^137 を 21 で割った余りを求めよ。
8^111 を 13 で割った余りを求めよ。
3^360 を 35 で割った余りを求めよ。
問題を解いてから「解答・解説」を開けます。
次のべき乗を、指定された法で計算せよ(フェルマーの小定理・オイラーの定理で指数を落とすこと)。
演習を読み込み中…