勒让德符号

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定义

勒让德符号(有时为了印刷上的方便,写成(a|p))有下列定义:

如果
如果,且对于某个整数
如果不存在整数,使得

如果(a|p) = 1,a 便称为二次剩余(mod p);如果(a|p) = −1,则 a 称为二次非剩余(mod p)。通常把零视为一种特殊的情况。

a 等于0、1、2、……时的周期数列(a|p),又称为勒让德数列,有时把{0,1,-1}的数值用{1,0,1}或{0,1,0}代替。

勒让德符号的公式

如果
如果,且对于某个整数
如果不存在整数,使得

性质

勒让德原先把他的符号定义为:

欧拉在之前证明了这个表达式是≡ 1 (mod p),如果a是二次剩余(mod p),是≡ −1如果a是二次非剩余;这个结论现在称为欧拉准则。

除了这个基本公式以外,还有许多其它(a|p)的表达式,它们当中有许多都在二次互反律的证明中有所使用。

高斯证明了如果,那么:

这是他对二次互反律的第四个、第六个,以及许多后续的证明的基础。参见高斯和。

克罗内克的证明是建立了

然后把p和q互换。

艾森斯坦的一个证明是从以下等式开始:

把正弦函数用椭圆函数来代替,他也证明了三次和四次互反律。

其它含有勒让德符号的公式

斐波那契数1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, ……由递推公式F1 = F2 = 1,Fn+1 = Fn + Fn-1定义。

如果p是素数,则:

例如:

这个结果来自卢卡斯数列的理论,在素性测试中有所应用。参见沃尔-孙-孙素数。

计算例子

勒让德符号有许多有用的性质,可以用来加速计算。它们包括:

(它是一个完全积性函数。这个性质可以理解为:两个剩余或非剩余的乘积是剩余,一个剩余与一个非剩余的乘积是非剩余。)

如果a ≡ b (mod p),则

这个性质称为二次互反律的第一补充。

这个性质称为二次互反律的第二补充。一般的二次互反律为:

如果p和q是奇素数,则

参见二次互反律和二次互反律的证明。

以下是一些较小的p的值的公式:

对于奇素数p,

对于奇素数p,

但一般直接把剩余和非剩余列出更简便:

对于奇素数p,

勒让德符号(a|p)是一个狄利克雷特征(mod p)。

相关函数

以上的性质,包括二次互反律,可以用来计算任何勒让德符号。例如:

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