Полная система вычетов примеры. Приведенная система вычетов. Операции по модулю

Совокупность чисел, сравнимых с a по модулю m называется классом чисел по модулю m (или классом эквивалентности). Все числа одного класса имеют вид mt + r при фиксированном r .

При заданном m , r может принимать значения от 0 до m -1, т.е. всего существует m классов чисел по модулю m , и любое целое число попадет в один из классов по модулю m . Таким образом,

Z = m m … [m -1] m , где [r ] m ={x Z: x ≡r (mod m )}

Любое число класса [r ] m называется вычетом по модулю m по отношению ко всем числам того же класса. Число, равное остатку r , называется наименьшим неотрицательным вычетом .

Вычет, наименьший по абсолютной величине, называется абсолютно наименьшим вычетом .

Пример

Возьмем модуль m =5. И пусть a =8. Разделим a на m с остатком:

Остаток r =3. Значит 8 5 , и наименьший неотрицательный вычет числа 8 по модулю 5 есть 3.

Абсолютно наименьший вычет можно отыскать, вычислив r-m=3-5=-2, и сравнив абсолютные величины |-2| и |3|. |-2|<|3|, значит -2 – абсолютно наименьший вычет числа 8 по модулю 5.

Взяв от каждого класса по одному вычету, получим полную систему вычетов по модулю m . Если все эти числа будут являться наименьшими неотрицательными вычетами по модулю m , то такая система вычетов называется полной системой наименьших неотрицательных вычетов , и обозначается Z m .

{0; 1;…; m -1} = Z m – полная система наименьших неотрицательных вычетов.

{– ;…; 0;…; } (если m –нечетное число) ;

{ - ,…,-1, 0, 1,…, } или {- ,…, -1, 0, 1,…, } (если m четное число) – полная система абсолютно наименьших вычетов.

Пример

Если m =11, то полная система наименьших неотрицательных вычетов есть {0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10}, а полная система абсолютно наименьших вычетов – {–5; –4; –3; –2; –1; 0; 1; 2; 3; 4; 5}.

Утверждение 1

Любые m чисел, попарно несравнимые по модулю m , образуют полную систему вычетов по этому модулю.

Доказательство:

Действительно, в силу несравнимости эти числа принадлежат к разным классам, а т.к. их m штук, то в каждый существующий класс попадает ровно одно число.

Утверждение 2

Если (a , m ) = 1, и x пробегает полную систему вычетов по модулю m , то ax +b , где b – любое число из Z, тоже пробегает полную систему вычетов по модулю m .

Доказательство:

Чисел ax +b будет ровно m штук. Остается доказать, что любые 2 числа ax 1 +b и ax 2 +b несравнимы по модулю m , если x 1 x 2 (mod m )

Доказательство от противного. Предположим, что ax 1 +b ≡ ax 2 +b (mod m ) в силу 4-го св-ва сравнений, ax 1 ≡ ax 2 (mod m ) в силу св-ва сравнений №9 и того, что (a , m ) = 1, имеем x 1 ≡ x 2 (mod m ). Получили противоречие с тем, что x 1 x 2 (mod m ). Следовательно, предположение неверно, а значит верно обратное. То есть ax 1 +b и ax 2 +b несравнимы по модулю m , если x 1 x 2 (mod m ), что и требовалось доказать.

Пункт 17. Полная и приведенная системы вычетов.

В предыдущем пункте было отмечено, что отношение є m сравнимости по произвольному модулю m есть отношение эквивалентности на множестве целых чисел. Это отношение эквивалентности индуцирует разбиение множества целых чисел на классы эквивалентных между собой элементов, т.е. в один класс объединяются числа, дающие при делении на m одинаковые остатки. Число классов эквивалентности є m (знатоки скажут - "индекс эквивалентности є m ") в точности равно m .

Определение. Любое число из класса эквивалентности є m будем называть вычетом по модулю m . Совокупность вычетов, взятых по одному из каждого класса эквивалентности є m , называется полной системой вычетов по модулю m (в полной системе вычетов, таким образом, всего m штук чисел). Непосредственно сами остатки при делении на m называются наименьшими неотрицательными вычетами и, конечно, образуют полную систему вычетов по модулю m . Вычет r называется абсолютно наименьшим, если пrп наименьший среди модулей вычетов данного класса.

Пример : Пусть m = 5 . Тогда:

0, 1, 2, 3, 4 - наименьшие неотрицательные вычеты;

2, -1, 0, 1, 2 - абсолютно наименьшие вычеты.

Обе приведенные совокупности чисел образуют полные системы вычетов по модулю 5 .

Лемма 1. 1) Любые m штук попарно не сравнимых по модулю m чисел образуют полную систему вычетов по модулю m .

2) Если а и m взаимно просты, а x m , то значения линейной формы аx+b , где b - любое целое число, тоже пробегают полную систему вычетов по модулю m .

Доказательство. Утверждение 1) – очевидно. Докажем утверждение 2). Чисел аx+b ровно m штук. Покажем, что они между собой не сравнимы по модулю m . Ну пусть для некоторых различных x 1 и x 2 из полной системы вычетов оказалось, что ax 1 +b є ax 2 +b(mod m) . Тогда, по свойствам сравнений из предыдущего пункта, получаем:

ax 1 є ax 2 (mod m)

x 1 є x 2 (mod m)

– противоречие с тем, что x 1 и x 2 различны и взяты из полной системы вычетов.

Поскольку все числа из данного класса эквивалентности є получаются из одного числа данного класса прибавлением числа, кратного m , то все числа из данного класса имеют с модулем m один и тот же наибольший общий делитель. По некоторым соображениям, повышенный интерес представляют те вычеты, которые имеют с модулем m наибольший общий делитель, равный единице, т.е. вычеты, которые взаимно просты с модулем.

Определение. Приведенной системой вычетов по модулю m называется совокупность всех вычетов из полной системы, взаимно простых с модулем m .

Приведенную систему обычно выбирают из наименьших неотрицательных вычетов. Ясно, что приведенная система вычетов по модулю m содержит j (m ) штук вычетов, где j (m )– функция Эйлера – число чисел, меньших m и взаимно простых с m . Если к этому моменту вы уже забыли функцию Эйлера, загляните в пункт 14 и убедитесь, что про нее там кое-что говорилось.

Пример. Пусть m = 42. Тогда приведенная система вычетов суть:

1, 5, 11, 13, 17, 19, 23, 25, 29, 31, 37, 41.

Лемма 2. 1) Любые j (m ) чисел, попарно не сравнимые по модулю m и взаимно простые с модулем, образуют приведенную систему вычетов по модулю m .

2) Если (a,m) = 1 и x пробегает приведенную систему вычетов по модулю m , то аx так же пробегает приведенную систему вычетов по модулю m .

Доказательство. Утверждение 1) – очевидно. Докажем утверждение 2). Числа аx попарно несравнимы (это доказывается так же, как в лемме 1 этого пункта), их ровно j (m ) штук. Ясно также, что все они взаимно просты с модулем, ибо (a,m)=1, (x,m)=1 Ю (ax.m)=1 . Значит, числа аx образуют приведенную систему вычетов.

Таковы определения и основные свойства полной и приведенной систем вычетов, однако в багаже математических знаний существует еще целый ряд очень интересных и полезных фактов, касающихся систем вычетов. Если умолчать про них в этом пункте, то это, боюсь, будет прямым нарушением Закона Российской Федерации об Информации, злонамеренное утаивание которой является, согласно этому закону, административно и, даже, уголовно наказуемым деянием. Кроме того, без знакомства с дальнейшими важными свойствами систем вычетов пункт 17 получится весьма куцым. Продолжим.

Лемма 3. Пусть m 1 , m 2 , ..., m k – попарно взаимно просты и m 1 m 2 ...m k =M 1 m 1 =M 2 m 2 =...=M k m k , где

1) Если x 1 , x 2 , ..., x k пробегают полные системы вычетов по модулям m 1 , m 2 , ..., m k соответственно, то значения линейной формы M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k пробегают полную систему вычетов по модулю m=m 1 m 2 ...m k .

2) Если x 1 , x 2 , ..., x k пробегают приведенные системы вычетов по модулям m 1 , m 2 , ..., m k соответственно, то значения линейной формы M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k пробегают приведенную систему вычетов по модулю m=m 1 m 2 ...m k .

Доказательство.

1) Форма M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k принимает, очевидно, m 1 m 2 ...m k =m значений. Покажем, что эти значения попарно несравнимы. Ну пусть

M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k є M 1 x 1 С +M 2 x 2 С + ...+M k x k С (mod m)

Всякое M j , отличное от M s , кратно m s . Убирая слева и справа в последнем сравнении слагаемые, кратные m s , получим:

M s x s є M s x s С (mod m s) Ю x s є x s С (mod m s)

– противоречие с тем, что x s пробегает полную систему вычетов по модулю m s .

2). Форма M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k принимает, очевидно, j (m 1 ) j (m 2 ) Ч ... Ч j (m k ) = j (m 1 m 2 Ч ... Ч m k )= j (m ) (функция Эйлера мультипликативна!) различных значений, которые между собой по модулю m=m 1 m 2 ...m k попарно несравнимы. Последнее легко доказывается рассуждениями, аналогичными рассуждениям, проведенным при доказательстве утверждения 1) этой леммы. Так как (M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k ,m s)=(M s x s ,m s)=1 для каждого 1 Ј s Ј k , то (M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k ,m s)=1 , следовательно множество значений формы M 1 x 1 +M 2 x 2 + ...+M k x k образует приведенную систему вычетов по модулю m .

Лемма 4. Пусть x 1 , x 2 , ..., x k ,x пробегают полные, а x 1 , x 2 ,..., x k , x – пробегают приведенные системы вычетов по модулям m 1 , m 2 , ..., m k и m=m 1 m 2 ...m k соответственно, где (m i m j)=1 при i № j . Тогда дроби {x 1 /m 1 +x 2 /m 2 +...+x k /m k } совпадают с дробями {x/m} , а дроби { x 1 /m 1 + x 2 /m 2 +...+ x k /m k } совпадают с дробями { x /m} .

Доказательство. Доказательство обоих утверждений леммы 4 легко получается применением предыдущей леммы 3 после того, как вы приведете каждую сумму {x 1 /m 1 +x 2 /m 2 +...+x k /m k } и { x 1 /m 1 + x 2 /m 2 +...+ x k /m k } к общему знаменателю:

{x 1 /m 1 +x 2 /m 2 +...+x k /m k }={(M 1 x 1 +M 2 x 2 +...+M k x k)/m} ;

{ x 1 /m 1 + x 2 /m 2 +...+ x k /m k }={(M 1 x 1 +M 2 x 2 +...+M k x k)/m} ,

где M j =m 1 ...m j-1 m j+1 ...m k .

Если теперь принять во внимание, что дробные части чисел, получающихся при делении на модуль m любых двух чисел, сравнимых по модулю m , одинаковы (они равны r/m , где r – наименьший неотрицательный вычет из данного класса), то утверждения настоящей леммы становятся очевидными.

В оставшейся части этого пункта произойдет самое интересное – мы будем суммировать комплексные корни m -ой степени из единицы, при этом нам откроются поразительные связи между суммами корней, системами вычетов и уже знакомой мультипликативной функцией Мебиуса m (m ) .

Обозначим через e k k -ый корень m- ой степени из единицы:

Эти формы записи комплексных чисел мы хорошо помним с первого курса. Здесь k=0,1,...,m-1 – пробегает полную систему вычетов по модулю m .

Напомню, что сумма e 0 + e 1 +...+ e m-1 всех корней m -ой степени из единицы равна нулю для любого m . Действительно, пусть e 0 + e 1 +...+ e m-1 =a . Умножим эту сумму на ненулевое число e 1 . Такое умножение геометрически в комплексной плоскости означает поворот правильного m -угольника, в вершинах которого расположены корни e 0 , e 1 ,..., e m-1 , на ненулевой угол 2 p /m . Ясно, что при этом корень e 0 перейдет в корень e 1 , корень e 1 перейдет в корень e 2 , и т.д., а корень e m-1 перейдет в корень e 0 , т.е. сумма e 0 + e 1 +...+ e m-1 не изменится. Имеем e 1 a=a , откуда a=0 .

Теорема 1. Пусть m>0 - целое число, a О Z , x пробегает полную систему вычетов по модулю m . Тогда, если а кратно m , то

в противном случае, при а не кратном m ,

.

Доказательство. При а кратном m имеем: a=md и

При а не делящемся на m , разделим числитель и знаменатель дроби a/m на d – наибольший общий делитель а и m , получим несократимую дробь a 1 /m 1 . Тогда, по лемме 1, a 1 x будет пробегать полную систему вычетов по модулю m . Имеем:

ибо сумма всех корней степени m 1 из единицы равна нулю.

Напомню, что корень e k m -ой степени из единицы называется первообразным, если его индекс k взаимно прост с m . В этом случае, как доказывалось на первом курсе, последовательные степени e k 1 , e k 2 ,..., e k m-1 корня e k образуют всю совокупность корней m -ой степени из единицы или, другими словами, e k является порождающим элементом циклической группы всех корней m -ой степени из единицы.

Очевидно, что число различных первообразных корней m -ой степени из единицы равно j (m ), где j – функция Эйлера, так как индексы у первообразных корней образуют приведенную систему вычетов по модулю m .

Теорема 2. Пусть m>0 – целое число, x пробегает приведенную систему вычетов по модулю m . Тогда (сумма первообразных корней степени m ):

где m (m ) – функция Мебиуса.

Доказательство. Пусть m=p 1 a 1 p 2 a 2 ...p k a k – каноническое разложение числа m ; m 1 =p 1 a 1 , m 2 =p 2 a 2 , m 3 =p 3 a 3 ; x i пробегает приведенную систему вычетов по модулю m i . Имеем:

При a s =1 получается, что только корень e 0 =1 не является первообразным, поэтому сумма всех первообразных корней есть сумма всех корней минус единица:

стало быть, если m свободно от квадратов (т.е. не делится на r 2 , при r >1 ), то

Если же какой-нибудь показатель a s больше единицы (т.е. m делится на r 2 , при r>1 ), то сумма всех первообразных корней степени m s есть сумма всех корней степени m s минус сумма всех не первообразных корней, т.е. всех корней некоторой степени, меньшей m s . Именно, если m s =p s m s * , то:

Вот теперь, дорогие читатели, когда я представил на ваше рассмотрение довольно весьма значительное количество сведений про полные и приведенные системы вычетов, никто не сможет обвинить меня в злонамеренном нарушении Закона Российской Федерации об Информации посредством ее утаивания, поэтому я заканчиваю этот пункт с удовлетворением.

Задачки

1 . Выпишите на листочке все наименьшие неотрицательные вычеты и все абсолютно наименьшие вычеты а) по модулю 6 , б) по модулю 8 . Чуть ниже выпишите приведенные системы вычетов по этим модулям. Нарисуйте отдельно на комплексной плоскости корни шестой и корни восьмой степени из единицы, на обоих рисунках обведите кружочком первообразные корни и найдите в каждом случае их сумму. 2 . Пусть e – первообразный корень степени 2n из единицы. Найдите сумму: 1+ e + e 2 +...+ e n-1 . 3 . Найдите сумму всех первообразных корней: а) 15-й; б) 24-й; в) 30-й степени из единицы. 4 . Найдите сумму всевозможных произведений первообразных корней n -ой степени из единицы, взятых по два. 5 . Найдите сумму k -х степеней всех корней n -ой степени из единицы. 6 . Пусть m>1 , (a, m)=1 , b – целое число, х пробегает полную, а x – приведенную систему вычетов по модулю m . Докажите, что: а) б) 7 . Докажите, что: , где р пробегает все простые делители числа а .

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

6. 1. Определение 1.

Классом чисел по данному модулю т называется множество всех тех и только тех целых чисел, которые при делении на т имеют один и тот же остаток r, то есть сравнимых по модулю т (т ÎN, т > 1).

Обозначение класса чисел, имеющих остаток r : .

Каждое число из класса называется вычетом по модулю т, а сам класс называется классом вычетов по модулю т.

6. 2. Свойства множества классов вычетов по модулю т :

1) всего по модулю т будет т классоввычетов: Z т = { , , , … , };

2) каждый класс содержит бесконечное множество целых чисел (вычетов) вида: = {a = mq + r / q ÎZ, 0£ r < m }

3) "а Î : а º r (mod m );

4) "а, b Î : а º b (mod m ), то есть любые два вычета, взятые из одного класса, сравнимы по модулю т ;

5) "а Î , "b Î : а b (mod m ), то есть никакие два вычета; взятые из разных классов, несравнимы по модулю т .

6. 3. Определение 3.

Полной системой вычетов по данному модулю т называется любой набор т чисел, взятых по одному и только по одному из каждого класса вычетов по модулю т.

Пример: если m = 5, то {10, 6, – 3, 28, 44} – это полная система вычетов по модулю 5 (причём, не единственная!)

В частности,

множество {0, 1, 2, 3, … , m –1} – это система наименьших неотрицательных вычетов;

множество {1, 2, 3, … , m –1, т }– это система наименьших положительных вычетов.

6. 4. Отметим, что:

если {х 1 , х 2 , … , х т } – полная система вычетов по модулю т , то

.

6. 5. Теорема 1.

Если {х 1 , х 2 , … , х т } – полная система вычетов по модулю т , "а, b Î Z и (а, т ) = 1, – то система чисел {ах 1 + b , ах 2 + b , … , ах т + b }также образует полную систему вычетов по модулю т .

6. 6. Теорема 2.

Все вычеты одного и того же класса вычетов по модулю т имеют с числом т один и тот же наибольший общий делитель: "а, b Î Þ (а; т ) = (b; т ).

6. 7. Определение 4.

Класс вычетов по данному модулю т называется взаимно простым с модулем т , если хотя бы один вычет этого класса – взаимно простой с т.

Заметим, что в этом случае по теореме 2 все числа этого класса будут взаимно простыми с модулем т.

6. 8. Определение 5.

Приведённой системой вычетов по данному модулю т называется система вычетов, взятых по одному и только по одному из каждого класса, взаимно простого с модулем т.

6. 9. Отметим, что:

1) приведённая система вычетов по модулю т содержит j(т ) чисел {х 1 , х 2 ,…, };

2) : .

3) " х i : (х i , m ) = 1;

Пример : Пусть по модулю т = 10 имеется 10классоввычетов:

Z 10 = { , , , , , , , , , }– множество классоввычетов по модулю 10. Полная система вычетов по mod 10 будет, например, такая: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}.

Множество классов вычетов, взаимно простых с модулем m= 10: { , , , }(j(10) = 4).

Приведённая система вычетов по модулю10 будет, например,

{1, 3, 7, 9}, или {11, 43, – 5, 17}, или { – 9, 13, – 5, 77} и т.д. (везде j(10) = 4 числа).

6.10. Практически: чтобы составить одну из возможных приведённых систем вычетов по mod m , нужно из полной системы вычетов по mod m выбрать те вычеты, которые взаимно простые с т. Таких чисел будет j(т ).

6.11. Теорема 3.

Если {х 1 , х 2 ,…, } – приведённая система вычетов по модулю т и

(а , m ) = 1, – то система чисел {ах 1 , ах 2 , … , ах j (т) } также образует

приведённую систему вычетов по модулю т .

6.12. Определение 6.

Суммой ( Å ) классов вычетов и + b, равных сумме любых двух вычетов, взятых по одному из каждого данного класса и : Å = , где "а Î , "b Î .

6.13. Определение 7.

Произведением ( Ä ) классов вычетов и по модулю т называется класс вычетов , то есть класс вычетов, состоящий из чисел а ´ b, равных произведению любых двух вычетов, взятых по одному из каждого данного класса и : Ä = , где "а Î , "b Î .

Таким образом, в множестве классов вычетов по модулю т : Z т = { , , ,…, } определены две алгебраические операции – "сложения" и "умножения".

6.14. Теорема 4.

Множество классов вычетов Z т по модулю т является ассоциативно-коммутативным кольцом с единицей:

< Z т , +, · > = < { , , ,…, }, +, · > – кольцо.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

1. Составить по модулю т = 9:

1) полную систему наименьших положительных вычетов;

2) полную систему наименьших неотрицательных вычетов;

3) произвольную полную систему вычетов;

4) полную систему наименьших по абсолютной величине вычетов.

Ответ :1) {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; 2) {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};

2. Составить приведённую систему вычетов по модулю т = 12.

Решение.

1) Составим полную систему наименьших положительных вычетов по модулю т = 12:

{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12} (всего т = 12 чисел).

2) Вычеркнем из этой системы числа, не взаимно простые с числом 12:

{1, 2 , 3 , 4 , 5, 6 , 7, 8 , 9 , 10 , 11, 12 }.

3) Оставшиеся числа, взаимно простые с числом 12, образуют искомую приведённую систему вычетов по модулю т = 12 (всего j(т ) = j(12) = 4 числа).

Ответ: {1, 5, 7, 11} – приведённая система вычетов по модулю т = 12.

130. Составьте 1) полную систему наименьших положительных вычетов; 2) полную систему наименьших неотрицательных вычетов; 3) произвольную систему вычетов; 4) полную систему наименьших по абсолютной величине вычетов; 5) приведённую систему вычетов: а) по модулю m = 6; б) по модулю m = 8.

131. Является ли множество {9, 2, 16, 20, 27, 39, 46, 85} полной системой вычетов по модулю 8 ?

132 По какому модулю множество{20, – 4, 22, 18, – 1}является полной системой вычетов?

133. Составьте приведённую систему вычетов по модулю m , если а) m = 9; б) m = 24; в) m = 7. Сколько чисел должна содержать такая система?

134. Сформулируйте основные свойства полной системы вычетов и приведённой системы вычетов по модулю m .

135. Какими элементами отличаются приведённая и полная системы наименьших неотрицательных вычетов по простому модулю?

136. При каком условии числа а и – а принадлежат одному классу вычетов по модулю m ?

137. Каким классам вычетов по модулю 8 принадлежат все простые числа р ³ 3 ?

138. Образует ли множество чисел {0, 2 0 , 2 1 , 2 2 , ... , 2 9 } полную систему вычетов по модулю 11 ?

139. Скольким классам вычетов по модулю 21 принадлежат все вычеты из одного класса вычетов по модулю 7 ?

140. Множество целых чисел Z распределите по классам вычетов по модулю 5. Составьте таблицы сложения и умножения в образовавшемся множестве классов вычетов Z 5 . Является ли множество Z 5: а) группой с операцией сложения классов? б) группой с операцией умножения классов?

§ 7. ТЕОРЕМА ЭЙЛЕРА. МАЛАЯ ТЕОРЕМА ФЕРМА

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

7. 1. Теорема 1.

Если а ÎZ , т ÎN, т >1 и (а ; т ) = 1 , – то в бесконечной последовательности степеней а 1 , а 2 , а 3 , ... , а s , … , а t , … найдутся хотя бы две степени с показателями s и t (s < t ) такие, что . (*)

7. 2. Замечание . Обозначив t – s = k > 0, из (*) получим: . Возводя обе части этого сравнения в степень n ÎN , получим: (**). Это означает, что существует бесконечное множество степеней числа a , удовлетворяющих сравнению (**). Но как найти эти показатели? Каков наименьший показатель, удовлетворяющий сравнению (**) ? На первый вопрос отвечает теорема Эйлера (1707 – 1783).

7. 3. Теорема Эйлера.

Если а ÎZ , т ÎN, т >1 и (а ; т ) = 1, – то . (13)

Пример. Пусть а = 2, т = 21, (а ; т ) = (2; 21) = 1. Тогда . Так как j (21) = 12, то 2 12 º 1(mod 21). В самом деле: 2 12 = 4096 и (4096 – 1) 21. Тогда очевидно, что 2 24 º 1(mod 21), 2 36 º 1(mod 21) и так далее. Но является ли показатель степени 12 – наименьшим , удовлетворяющим сравнению 2 n º 1(mod 21) ? Оказывается, нет. Наименьшим показателем будет п = 6: 2 6 º 1(mod 21), ибо 2 6 – 1 = 63, а 63 21. Заметим, что наименьший показатель следует искать только среди делителей числа j(т ) (в данном примере – среди делителей числа j(21) = 12).

7. 4. Малая теорема Ферма (1601 – 1665).

Для любого простого числа р и любого числа а ÎZ , не делящегося на р , имеет место сравнение . (14)

Пример. Пусть а = 3, р = 5, где 3 не 5. Тогда или .

7. 5. Обобщёння теорема Ферма.

Для любого простого числа р и произвольного числа а ÎZ имеет место сравнение (15)

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

1. Докажите, что 38 73 º 3(mod 35).

Решение.

1) Так как (38; 35) = 1, то по теореме Эйлера ; j(35) = 24, значит,

(1).

2) Из сравнения (1) по следствию 2 свойства 5 0 числовых сравнений имеем:

3) Из сравнения (2) по следствию 1 свойства 5 0 сравнений: 38 72 ×38 º 1×38 (mod 35) Þ Þ38 73 º38 º 38–35 = 3(mod 35) Þ 38 73 º 3 (mod 35), что и требовалось доказать.

2. Дано: а = 4, т = 15. Найти наименьший показатель степени k , удовлетворяющий сравнению (*)

Решение.

1) Так как (a ; m ) = (4; 25) = 1, то по теореме Эйлера , j(25) = 20, поэтому .

2) Является ли найденный показатель степени – число 20 – наименьшим натуральным числом, удовлетворяющим сравнению (*)? Если существует показатель степени, меньший 20, то он должен быть делителем числа 20. Значит, искомый наименьший показатель k надо искать среди множества чисел n = {1, 2, 4, 5, 10, 20}– делителей числа 20.

3) При п = 1: ;

при п = 2: ;

при п = 3: (рассматривать не надо);

при п = 4: ;

при п = 5: ;

при п = 6, 7, 8, 9: (рассматривать не надо);

при п = 10: .

Итак, наименьшим показателем степени k , удовлетворяющим сравнению(*), является k = 10.

Ответ: .

УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

141. По теореме Эйлера . При а = 3, т = 6 имеем: .

Так как j(6) = 2, то 3 2 º1(mod 6), или 9º1(mod 6), Тогда, по лемме, (9 – 1) 6 или 8 6 (нацело!?). Где ошибка?

142. Докажите, что: а) 23 100 º1(mod 101); б) 81 40 º 1(mod100); в) 2 73 º 2 (mod 73).

143. Докажите, что а) 1 16 + 3 16 + 7 16 + 9 16 º 4 (mod 10);

б) 5 4п + 1 + 7 4п + 1 делится без остатка на 12..

144. Докажите теорему, обратную теореме Эйлера: если а j ( m ) º 1(mod m ), то (а, m ) =1.

145. Найдите наименьший показатель степени k ÎN, удовлетворяющий данному сравнению: а) ; б) ; в) ; г) ;

д) ; е) ; ж) ; з) .

и) ; к) ; л) ; м) .

146. Найдите остаток от деления:

а) 7 100 на 11; б) 9 900 на 5; в) 5 176 на 7; г) 2 1999 на 5; д) 8 377 на 5;

е) 26 57 на 35; ж) 35 359 на 22; з) 5 718 на 103; и) 27 260 на 40; к) 25 1998 на 62.

147*. Докажите, что а 561 º а (mod 11).

148*. Если каноническое разложение натурального числа п не содержит множителей 2 и 5, то 12-я степень этого числа оканчивается цифрой 1. Докажите.

149*. Докажите, что 2 64 º 16 (mod 360).

150*. Докажите: если (а, 65) =1 , (b, 65) =1, то a 12 – b 12 делится без остатка на 65.

Глава 3. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

ТЕОРИИ ЧИСЛОВЫХ СРАВНЕНИЙ

§ 8. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ЧИСЛА

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

1. ЦЕЛЫЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ЧИСЛА

8. 1. Определение 1.

Системой счисления называется всякий способ записи чисел. Знаки, с помощью которых записывают эти числа, называют цифрами.

8. 2. Определение 2.

Целым неотрицательным систематическим числом, записанным в t -ичной позиционной системе счисления, называется число n вида

, где a i (i = 0,1, 2,…, k ) – целые неотрицательные числа – цифры , причём 0 £ a i £ t – 1, t – основание системы счисления, t ÎN, t > 1.

Например, запись числа в 7-ричной системе имеет вид: (5603) 7 = 5 ×7 3 + 6×7 2 + 0×7 1 + 3. Здесь a i – это 5, 6, 0, 3 – цифры; все они удовлетворяют условию: 0 £ a i £ 6. При t =10 говорят: число n записано в десятичной системе счисления, причём индекс t= 10не пишут.

8. 3. Теорема 1.

Всякое целое неотрицательное число может быть представлено, причём единственным образом, в виде систематического числа по любому основанию t, где t Î N, t > 1.

Пример: (1 3 9) 10 = (3 5 1) 6 = (1 0 2 4) 5 = …

8. 4. Отметим, что:

1) приписывание к систематическому числу нулей слева не изменяет этого числа:

(3 4) 5 = (0 3 4) 5 .

2) приписывание к систематическому числу s нулей справа равносильно умножению этого числа на t s : (3 4) 5 = 3×5 1 + 4; (3 4 0 0) 5 = 3×5 3 + 4×5 2 + 0×5 1 + 0 = 5 2 ×(3×5 1 + 4).

8. 5. Алгоритм перевода числа, записанного в t -ичной системе, в десятичную:

Пример: (287) 12 = 2×12 2 + 8×12 1 +7×12 0 = 2×144 + 8×12 + 7 = 288 + 96 +7 = (391) 10 .

8. 6. Алгоритм перевода числа, записанного в десятичной системе, в t -ичную:

Пример: (3 9 1) 10 = (х ) 12 . Найти х.

8. 7. Действия над систематическими числами

2. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ДРОБИ

8. 8. Определение 3.

Конечной t-ичной систематической дробью в системе счисления с основанием t называется число вида

где c 0 ÎZ , с i – цифры – целые неотрицательные числа , причём 0 £ с i £ t – 1, t Î N, t > 1, k Î N .

Обозначение: a = (c 0 , с 1 с 2 …с k ) t . При t = 10 дробь называется десятичной .

8. 9. Следствие 1.

Всякая конечная систематическая дробь есть рациональное число, которое можно представить в виде , где а Î Z, b Î N.

Пример. a = (3 1, 2 4) 6 = 3×6 + 1 + =19 + – рациональное число. Обратное утверждение, вообще говоря, неверно. Например, дробь нельзя преобразовать в конечную систематическую (десятичную) дробь.

8.10. Определение 4.

Бесконечной t-ичной положительной систематической дробью в системе счисления с основанием t называется число вида

, где с 0 Î N , с i (i =1, 2, …, к , …) – цифры – целые неотрицательные числа , причём 0 £ с i £ t –1, t ÎN, t > 1, k ÎN .

Обозначение: a = (с 0 , с 1 с 2 … с k …) t . При t =10 дробь называется десятичной .

8.11. Определение 5.

Возможны три вида бесконечных систематических дробей:

I a = (с 0 , ) t = = t , где = = = … В этом случае число a называется бесконечной чисто периодической дробью, (с 1 с 2 … с k ) – периодом , k– количество цифр в периоде – длиной периода.

II a = .

В этом случае число a называется бесконечной смешанной периодической дробью, – предпериодом , () – периодом , k – количество цифр в периоде – длиной периода, l – количество цифр между целой частью и первым периодом – длиной предпериода.

III a = (с 0 , с 1 с 2 … с k …) t . В этом случае число a называется бесконечной непериодической дробью.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

1. Число (а ) 5 = (2 1 4 3) 5 , заданное в 5–ричной системе, перевести в 7-ричную систему, то есть найти х , если (2 1 4 3) 5 = (х ) 7 .

Решение.

1) Преобразуем данное число (2 1 4 3) 5 в число (у ) 10 , записанное в десятичной системе:

2. Выполните действия:

1) (7) 8 + (5) 8 ; 2) (7) 8 × (5) 8 ; 3) (3 6 4 2) 6 + (4 3 5 1) 6 ;

4) (5 2 3 4) 7 – (2 3 5 1) 7 ; 5) (4 2 3) 5 × (3 2) 5 ; 6) (3 0 1 4 1) 5: (4 2 3) 5 .

Решение.

1) (7) 8 + (5) 8 = (7) 10 + (5) 10 = (12) 10 = 1×8 + 4 = (1 4) 8 ;

2) (7) 8 × (5) 8 = (7) 10 × (5) 10 = (35) 10 = 4×8 + 3 = (4 3) 8 ;

3) (3 6 4 2) 6 + (4 3 5 1) 6 (1 2 4 3 3) 6	Примечание:	4+5 = 9 = 1×6+3, 3 пишем, 1 переходит в следующий разряд, 6+3+1=10 =1×6+4, 4 пишем, 1 переходит в следующий разряд, 3+4+1= 8 = 1×6+2, 2 пишем, 1 переходит в следующий разряд.
4) (5 2 3 4) 7 – (2 3 5 1) 7 (2 5 5 3) 7	Примечание:	"занимаем" единицу высшего разряда, т. е. "1" = 1×7: (3 + 1×7) – 5 = 10 – 5 = 5, (1 + 1×7) – 3 = 8 – 3 = 5,
5) (4 2 3) 5 ´ (3 2) 5 (1 4 0 1) 5 + (2 3 2 4) 5__ (3 0 1 4 1) 5	Примечание:	При умножении на 2: 3 ×2 = 6 = 1×5 + 1, 1 пишем, 1 переходит в следующий разряд, 2 ×2 +1=5 = 1×5 +0, 0 пишем, 1 переходит в следующий разряд, 2 ×4 +1=9 = 1×5 +4, 4 пишем, 1 переходит в следующий разряд, При умножении на 3: 3 ×3 = 9 = 1×5 + 4, 4 пишем, 1 переходит в следующий разряд, 3 ×2 +1=7 = 1×5 +2, 2 пишем, 1 переходит в следующий разряд, 3 ×4 +1=13=2×5 +3, 3 пишем, 2 переходит в следующий разряд.

6) (3 0 1 4 1) 5 | (4 2 3) 5

2 3 2 4 (3 2) 5

1 4 0 1 Ответ: 1) (1 4) 8 ; 2) (4 3) 8 ; 3) (1 2 4 3 3) 6 ; 4) (2 5 5 3) 7 ;

(0) 5 5) (3 0 1 4 1) 5 ; 6) (3 2) 5 .

УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

151. Числа, заданные в t -ичной системе, переведите в десятичную систему:

а) (2 3 5) 7 ; б) (2 4 3 1) 5 ; в) (1 0 0 1 0 1) 2 ; г) (1 3 ) 15 ;

д) (2 7) 11 ; е) (3 2 5 4) 6 ; ж) (1 5 0 1 3) 8 ; з) (1 1 0 1 1 0 0 1) 2 ;

и) (7 6 2) 8 ; к) (1 1 1 1) 20 .

152. Числа. заданные в десятичной системе, переведите в t -ичную систему. Сделайте проверку.

а) (1 3 2) 10 = (х ) 7 ; б) (2 9 8) 10 = (х ) 5 ; в) (3 7) 10 = (х ) 2 ; г) (3 2 4 5) 10 = (х ) 6 ;

д) (4 4 4 4) 10 = (х ) 3 ; е) (5 6 3) 10 = (х ) 12 ; ж) (5 0 0) 10 = (х ) 8 ; з) (6 0 0) 10 = (х ) 2 ;

и)(1 0 0 1 5) 10 =(х ) 20 ; к) (9 2 5) 10 = (х ) 8 ; л) (6 3 3) 10 = (х ) 15 ; м) (1 4 3) 10 = (х ) 2 .

153. Числа, заданные в t -ичной системе, переведите в q -ичную систему (путём перехода через десятичную систему).

а) (3 7) 8 = (х ) 3 ; б) (1 1 0 1 1 0) 2 = (х ) 5 ; в) ( 6 2) 11 = (х ) 4 ;

г) (4 ) 12 = (х ) 9 . д) (3 3 1 3 1) 5 = (х ) 12 .

154. а) Как изменится число (1 2 3) 5 , если к нему справа приписать нуль?

б) Как изменится число (5 7 6) 8 , если к нему справа приписать два нуля?

155. Выполните действия:

а) (3 0 2 1) 4 + (1 2 3 3) 4 ; б) (2 6 5 4) 8 + (7 5 4 3) 8 ; в) (1 0 1 1 0 1) 2 +(1 1 0 1 10) 2 ;

г) (5 2 4 7) 9 + (1 3 7 6) 9 ; д) (4 7 6) 9 – (2 8 7) 9 ; е) (2 4 5 3) 7 – (1 6 4 5) 7 ;

ж) (8 3) 12 – (5 7 9) 12 ; з) (1 7 5) 11 – ( 6) 11 ; и) (3 6 4 0 1) 7 – (2 6 6 6 3) 7 ;

к) (1 0 0 1 0) 2 × (1 1 0 1) 2 ; л) (7 4 1) 8 × (2 6) 8 ; м) (5 3 7 2) 8 × (2 4 6) 8 ;

н) (3 3 2 1) 4 × (2 3 0) 4 ; о) (1 0 2 2 2 2) 3: (1 2 2) 3 ; п) (2 1 0 3 2) 4: (3 2 3) 4 ;

р) (2 6 1 7 4) 8: (5 4 6) 8 ; с) (4 3 2 0 1) 5: (2 1 4) 5 ; т)(1 1 0 1 0 0 1 0) 2:(1 0 1 0 1) 2

у) (1 1 0 1 1 0) 2: (1 1 1) 2 ; ф) (1 1 1 0) 6: (2 1 5) 6 ; х)(3 2 3 8 2 2 1 7 0) 9:(7 6 4 2) 9 .

ц) (1 6 3 5) 8 + (7 6 4) 8 ; ч) (1 1 1 1) 3 – (2 1 2) 3 ; ш)(1 2 7) 12 +(9 1 3 5 ) 12b" × b 1 Тогда:

I Если знаменатель b = b" (содержит только "2" и / или "5"), – то дробь преобразуется в конечную десятичную дробь. Количество десятичных знаков равно наименьшему натуральному числу l l º 0(mod b ").

II Если знаменатель b = b 1 (не содержит "2" и "5"), – то дробь преобразуется в бесконечную чисто периодическую равна наименьшему натуральному числу k , удовлетворяющему сравнению 10 k º 1(mod b 1).

III Если знаменатель b = b" × b 1 (содержит "2" и / или"5", а также иные простые множители), – то дробь преобразуется в бесконечную смешанную периодическую деся-

тичную дробь.

Длина периода равна наименьшему натуральному числу k , удовлетворяющему сравнению 10 k º 1(mod b 1 ).

Длина предпериода равна наименьшему натуральному числу l , удовлетворяющему сравнению 10 l º 0(mod b ").

9. 2. Выводы.

9. 3. Отметим, что:

рациональным числом является всякая конечная десятичная дробь или бесконечная периодическая десятичная дробь;

иррациональным числом является всякая бесконечная непериодическая десятичная дробь.

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ

1. Данные обыкновенные дроби, записанные в десятичной системе, преобразовать в

десятичные, предварительно определив вид искомой дроби (конечная или бесконечная; периодическая или непериодическая; если – периодическая, то чисто периодическая или смешанная периодическая); в последних случаях – предварительно найти число k – длину периода и число l – длину предпериода. 1) ; 2) ; 3) .

Решение.

1) У дроби = знаменатель – число b = 80 = 2 4 × 5 содержит только "2" и "5". Поэтому данная дробь преобразуется в конечную десятичную дробь. Количество десятичных знаков l наим определяется из условия: 10 l º0(mod80):

2) У дроби = знаменатель – число b = 27 = 3 3 не содержит "2" и "5". Поэтому данная дробь преобразуется в бесконечную чисто периодическую десятичную дробь. Длина периода k наим определяется из условия: 10 k º1(mod27):

3) У дроби = знаменатель – число b = 24 = 2 3 ×3, то есть имеет вид: b = b" × b 1 (кроме "2" или "5" содержит и иные множители, в данном случае число 3). Поэтому данная дробь преобразуется в бесконечную смешанную периодическую десятичную дробь. Длина периода k наим определяется из условия: 10 k º1(mod3), откуда k наим = 1, то есть длина периода k = 1. Длина предпериода l наим определяется из условия: 10 l º0(mod8), откуда l наим = 3, то есть длина предпериода l = 3.

Проверка: разделим "уголком" 5 на 24 и получим: = 0, 208 (3).

Ответ: 1) 0, 0375; 2) 0, (074); 3) 0, 208 (3).

УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

156. Данные обыкновенные дроби, записанные в десятичной системе, преобразуйте в десятичные дроби. Если десятичная дробь - периодическая, то предварительно найдите число k - длину периода и число l - длину предпериода.

157. Данные обыкновенные дроби, записанные в десятичной системе, преобразуйте в t -ичные систематические дроби. Найдите числа k - длину периода и l - длину предпериода.

158*. В какой системе счисления число (4 6) 10 записывается теми же цифрами, но в

обратном порядке?

159*. Что больше: единица 8-го разряда в двоичной системе или единица 4-го разряда в 8-ричной системе?

§ 10. ТЕОРЕМА ПАСКАЛЯ. ПРИЗНАКИ ДЕЛИМОСТИ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

10. 1. Теорема Паскаля (1623 – 1662).

Даны натуральные числа: т > 1 и n, записанное в t - ичной системе:

, где a i – – цифры: a i ÎN, 0 £ a i £ t –1 (i = 0,1, 2,…, k ), t ÎN, t > 1.

Пусть n = (a k a k – 1 … a 1 a 0) 10 = a k ×10 k +a k – 1 ×10 k – 1 +…+a 1 ×10 + a 0 , m =3 и m = 9.

1) Найдём b i : по модулю m = 3по модулю m = 9

10 0 º1(mod3), т.е. b 0 =1, 10 0 º1(mod9), т.е. b 0 =1,

10 1 º1(mod3), т.е. b 1 =1, 10 1 º1(mod9), т.е. b 1 =1,

10 2 º1(mod3), т.е. b 2 =1, 10 2 º1(mod9), т.е. b

Согласно свойству сравнений №15, числа одного и того же класса по модулю m имеют с модулем m один и тот же НОД. Особенно важны классы, для которых он равен 1.

Взяв от каждого из таких классов по одному числу, получим приведенную систему вычетов по модулю m . Обычно ее выделяют из системы наименьших неотрицательных вычетов по модулю m .

Приведенная система наименьших неотрицательных вычетов по модулю m обозначается U m .

Количество чисел в приведенной системе вычетов по модулю m , очевидно, равно φ(m ).

Пример :

Приведенная система вычетов по модулю 15 есть {1; 2; 4; 7; 8; 11; 13; 14}. Заметим, что φ(15)=(5–1)∙(3–1)= 8 и действительно, в приведенной системе вычетов по модулю 15 ровно 8 элементов.

Утверждение 1

Любые φ(m ) чисел, попарно несравнимых по модулю m и взаимно простых с m , образуют приведенную систему вычетов.

(Доказательство очевидно как в утверждении 1 пункт 2)

Утверждение 2

Если (a , m ) = 1, x пробегает приведенную систему вычетов по модулю m , то ax тоже пробегает приведенную систему вычетов по модулю m . (Доказательство очевидно как в утверждении 2 пункт 2).

Обратный элемент.

Говорят, что элемент b называется обратным к a по модулю m , если a∙b ≡1(mod m ), и пишут b ≡ a –1 (mod m ).

Вообще, классическая теория чисел не нуждается в таком понятии как обратный элемент, в чем можно убедиться, ознакомившись, например, с . Однако криптология использует системы вычетов как в теоретико-числовом, так и в алгебраическом аспекте, а потому, для удобства изложения алгебраических основ криптологии, мы вводим понятие обратного элемента.

Возникает вопрос – для всех ли элементов по данному модулю m существует обратный (по умножению), и если для каких-то элементов обратный существует, как его найти?

Для ответа на этот вопрос воспользуемся расширенным алгоритмом Евклида. Рассмотрим сначала взаимно простые число a и модуль m . Тогда, очевидно, (a ,m )=1. Расширенный алгоритм Евклида позволяет получить числа x и y , такие, что ax+my= (a ,m ), или, что то же самое, ax+my =1. Из последнего выражения получаем сравнение ax+my ≡1(mod m ). Поскольку my ≡0(mod m ), то ax ≡1(mod m ), а значит полученное с помощью расширенного алгоритма Евклида число x как раз и есть искомый обратный элемент к числу a по модулю m .

Пример.

a =5, m =7. Требуется найти a -1 mod m .

Воспользуемся расширенным алгоритмом Евклида.

Обратный ход:

1=5–2∙2=5–(7–5∙1)∙2=5∙3–7∙2.

x =3, y =–2.

5 -1 ≡3(mod 7)

Проверка: 5∙3=15. 15≡1(mod 7).

Действительно, 3 является обратным элементом к 5 по модулю 7.

Итак, конструктивным образом убедились в том, что для чисел, взаимно простых с модулем, существует обратный по этому модулю. А существуют ли обратные элементы для чисел, не являющихся с модулем взаимно простыми?

Пусть (a ,m )=d ≠1. Тогда a и m представимы в виде a =d ∙a 1 , m =d ∙m 1 . Допустим, что для a существует обратный элемент по модулю m, то есть b : a ∙b ≡1(modm ). Тогда a ∙b= m ∙k +1. Или, что то же самое, d ∙a 1 ∙b= d ∙m 1 ∙k +1. Но тогда по теореме 2 из §1 п.1, в силу того, что и левая часть данного уравнения, и первое слагаемое в правой части делятся на d , то d \1, а это не так, поскольку d ≠1. Пришли к противоречию, следовательно предположение о существовании обратного элемента неверно.

Итак, мы только что доказали

Теорему обратимости

a -1 (mod m ) (a , m ) = 1.

Суммируя все рассуждения этого пункта, можем сказать, что обратимыми являются только взаимно простые с модулем числа, и найти обратные для них можно с помощью расширенного алгоритма Евклида.

Как показано в §5, отношение сравнимости по модулю т обладает свойствами рефлексивности, симметричности и транзитивности; поэтому оно является отношением эквивалентности Возьмем произвольное целое число а. Обозначим через о множество чисел, сравнимых с а по модулю т: Пусть. Пусть теперь. И так далее. Процесс будет длиться до тех пор, пока построенные множества не будут покрывать все множество целых чисел. При этом возникает разбиение2> множества Z на множества а. Ь, с,..которые называют классами вычетов по модулю m; каждое число, входяшее в какой-нибудь из классов, называется вычетом этого класса. Число классов вычетов по модулю т равно т. Действительно, остаток отделения целого числа на т принимает одно из значений т - 2 или т - 1 и поэтому каждое из чисел попадает в один из классов 01, количество которых равно т. Взяв по одному числу из каждого класса вычетов получим систему представителей классов вычетов, или полную систему вычетов по модулю т. Системы вычетов Пример 1. Различные полные системы вычетов по модулю 7: Лемма 3. Числа, хт образуют полную систему вычетов по модулю т тогда и только тогда, когда они попарно не сравнимы по модулю т. Необходимость очевидна. Докажем достаточность. Если два числа не сравнимы по модулю ту то они попадают в разные классы вычетов. Так как всего классов вычетов m и рассматриваемых чисел гп, то они составляют полную систему вычетов. Лемма 4. Пусть,хт - полная система вычетов по модулю т, целое число а взаимно просто с т, b - произвольное целое число. Тогда числа ахi + 6, ах2 + Ь, ..ахт -f b также образуют полную систему вычетов. Согласно лемме 3 достаточно убедиться в том, чт Предположим (для приведения к противоречию), ч OG общем определении отношения и его свойствах речь пойдет ниже - в главе LXVIII; заметим, что теория чисел является источником многих важных примеров для обшей алгебры. Разбиение множества - это представление его в виде объединения попарно не пересекающихся подмножеств. Тогда a{xi-xj) \my и, поскольку (о, m) = 1, имеем (Xi-Xj) m, что противоречит лемме 3. Лемма 5. Пусть х = a(modm). Тогда (Системы вычетов м Действительно, пусть г - остаток от деления о на т. Тогда по лемме 2 Но так как х = a(mod т), при делении на m ««ело г"тамке имеет остаток г, и, следовательно, (я,т) = (г,т), откуда и вытекает требуемое. Итак, числа из одного класса вычетов по модулю т имеют один и тот же наибольший обший делитель с т. Поэтому становится корректным следующее определени е. Вычет по модулю т называют приведенным, если он взаимно прост с т. Совокупность приведенных вычетов из разных классов вычетов называют приведенной системой вычетов. Пример 2. При m = 7 приведенная система вычетов может выглядеть так: Системы вычетов Функцией Эйлера (р(т) называют число натуральных чисел, не превосходящих т и взаимно простьк с т. Например, . Легко видеть, что если р - простое число, Очевидно, что приведенная система вычетов по модулю т содержит чисел. Лемма 6. Пусть а взаимно просто приведенная система вычетов по модулю т. Тогда числа ах\, ах к также образуют приведенную систему вычетов по модулю т. 4 Так как числа о и Х{ взаимно просты с т, таким же свойством обладает и их произведение ах*. В силу леммы 4 числа ах\,ах2,... принадлежат к разным классам вычетов, и, следовательно, в силу предыдущего, образуют приведенную систему вычетов.