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勒讓德符號

鎖定
勒讓德符號,或二次特徵,是一個由阿德里安-馬裏·勒讓德在1798年嘗試證明二次互反律時引入的函數 [1]  。這個符號是許多高次剩餘符號的原型;其它延伸和推廣包括雅可比符號克羅內克符號希爾伯特符號,以及阿廷符號。
中文名
勒讓德符號
外文名
legendre symbol
提出者
阿德里安-馬裏·勒讓德
提出時間
1798年
相關術語
雅可比符號
描    述
是許多高次剩餘符號的原型
應用學科
數學
類    型
函數

勒讓德符號定義

勒讓德符號
(有時為了印刷上的方便,寫成(a|p))有下列定義: [2] 
如果
如果
,且對於某個整數
如果不存在整數 x,使得
如果(a|p) = 1,a便稱為二次剩餘(modp);如果(a|p) = −1,則a稱為二次非剩餘(mod p)。通常把零視為一種特殊的情況。
a等於0、1、2、……時的週期數列(a|p),又稱為勒讓德數列,有時把{0,1,-1}的數值用{1,0,1}或{0,1,0}代替。

勒讓德符號公式

勒讓德原先把他的符號定義為:
歐拉在之前證明了這個表達式是≡ 1 (modp),如果a是二次剩餘(modp),是≡ −1如果a是二次非剩餘;這個結論稱為歐拉準則
除了這個基本公式以外,還有許多其它(a|p)的表達式,它們當中有許多都在二次互反律的證明中有所使用。
高斯證明了如果
,那麼:
這是他對二次互反律的第四個、第六個,以及許多後續的證明的基礎。參見高斯和。
克羅內克的證明是建立了
然後把pq互換。
艾森斯坦的一個證明是從以下等式開始:
把正弦函數用橢圓函數來代替,他也證明了三次和四次互反律。

勒讓德符號其它公式

斐波那契數1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, ……由遞推公式F1= F2= 1,Fn+1= Fn+ Fn-1定義。
如果p是素數,則:
例如:
這個結果來自盧卡斯數列的理論,在素性測試中有所應用。

勒讓德符號性質

勒讓德符號有許多有用的性質,可以用來加速計算。它們包括:
(它是一個完全積性函數。這個性質可以理解為:兩個剩餘或非剩餘的乘積是剩餘,一個剩餘與一個非剩餘的乘積是非剩餘。)
如果ab(modp),則
這個性質稱為二次互反律的第一補充。
這個性質稱為二次互反律的第二補充。一般的二次互反律為:
如果pq是奇素數,則
勒讓德符號(a|p)是一個狄利克雷特徵(modp)。

勒讓德符號計算例子

以上的性質,包括二次互反律,可以用來計算任何勒讓德符號。例如:

勒讓德符號相關函數

  • 雅可比符號是勒讓德符號的一個推廣,允許底數為合數,但底數仍然必須是奇數和正數。這個推廣提供了計算所有勒讓德符號的一個有效的方法。
  • 一個進一步的推廣是克羅內克符號,把底數的範圍延伸到一切整數。
參考資料
  • 1.    A. M. Legendre Essai sur la theorie des nombres Paris 1798, p 186
  • 2.    Jeong-Heon Kim and Hong-Yeop Song, "Trace Representation of Legendre Sequences," Designs, Codes, and Cryptography 24, p. 343–348 (2001). 跳轉 ^ Lemmermeyer p. 8