定理内容:
a为自然数,p为一个质数。则有
ap≡a (mod p)
其中 ≡ 是同模符号,表示左右的数字对于p来说取模,是相等的。
证明:
数学归纳法
- 当a=1时, 显然成立。
- 当a=a时,设 p∣(ap−a),即p为ap−a的约数。
- 则当a=a+1时, 尝试证明 p∣((a+1)p−(a+1))。
证明如下:
根据二项式定理,展开该项:
(a+1)p−(a+1)=k=0∑pCpkak1p−k−a−1=Cp0a01p+k=1∑p−1Cpkak1p−k+Cppap10−a−1=1+k=1∑p−1Cpkak1p−k+ap−a−1=k=1∑p−1Cpkak1p−k+ap−a
因为Cpk=k!(p−k)!p!并且p为质数,所以p为∑k=1p−1Cpkak1p−k的因数,即 p ∣∑k=1p−1Cpkak1p−k。
又因为由假设2可知p为ap−a的因数。所以p为∑k=1p−1Cpkak1p−k+ap−a的因数,即为(a+1)p−(a+1)的因数。证毕。
应用:
如果a不是p的倍数,那么还有
ap−1≡1 (mod p)
所以可以用上式解决一些问题,如计算2100模13。
因为2不是13的倍数,则213−1≡1(mod 13)。
2100=212∗8+4 (mod 13)=(212)8∗24 (mod 13)=18∗24 (mod 13)=16 (mod 13)=3
reference:
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/87611586
- https://www.cnblogs.com/-citywall123/p/10673191.html