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欧拉定理

在数学及许多分支中都可以见到很多以欧拉命名的常数、公式和定理。

在数论中,欧拉定理(Euler Theorem,也称费马-欧拉定理或欧拉函数定理)是一个关于同余的性质。

欧拉定理得名于瑞士数学家莱昂哈德·欧拉,该定理被认为是数学世界中最美妙的定理之一。

欧拉定理实际上是费马小定理的推广。

此外还有平面几何中的欧拉定理、多面体欧拉定理(在一凸多面体中,顶点数-棱边数+面数=2)。

西方经济学中欧拉定理又称为产量分配净尽定理,指在完全竞争的条件下,假设长期中规模收益不变,则全部产品正好足够分配给各个要素。

另有欧拉公式。

欧拉1707年4月15日生于瑞士,1783年9月18日卒于俄国圣彼得堡,他简直是个超级猛人,他的一生真的是战斗的一生。

欧拉从19岁开始发表论文,直到76岁,共写下了886本书籍和论文,其中在世时发表了700多篇论文。

彼得堡学院为了整理他的著作,整整用了47年。

小奥许多知识点和欧拉有关,除了我们接下来要聊的欧拉定理和欧拉函数,还有一笔画问题也和欧拉解决的哥尼斯堡七桥问题有关。

对这类问题的讨论研究,引导了图论和拓扑学的发展。

好,我们还是言归正传。

欧拉函数与欧拉定理
在开始欧拉定理之前我们先看一个小问题,透过这小问题来了解什么是欧拉函数。

小于n且与n互质的自然数有多少个?或者我们把n具体到100,
那么问题就是小于100且与100互质的自然数有多少个?这就是欧拉函数要解决的问题。

欧拉函数用φ表示;
φ(100) = 100 x (1-1/2) x (1-1/5)
先将100分解质因数100 = 2^2 x 5^2
所有和100互质的数一定不含约数2或5
在1~100中,每2个数中有1个是2的倍数,100 x(1-1/2)把所有2的倍数去掉。

剩下的数中,每5个有一个是5的倍数,所以乘以(1-1/5)将剩下的含有约数5的数也去掉
最后有100 x (1-1/2) x (1-1/5)=40个数小于100且与100互质
欧拉函数就是这样,再来看欧拉定理:
若n, a为正整数,且n,a互质,则:
a^φ(n)≡1(mod n)
意思很明白,若n, a为正整数,且n,a互质,那么a的φ(n)次方模n恰好余1。

欧拉定理与费马小定理的关系,当n为质数p时,显然φ(p) = p-1 欧拉定理变为a^φ(p) = a^(p-1)≡1(mod p),这就是费马小定理。

所以费马小定理是欧拉定理在n为质数的特殊情况。

欧拉定理或者费马小定理揭示了一个现象,就是同余的周期性。

而这个这个周期恰是欧拉函数的值(但不一定是最小周期),我们通过两个题目来进一步了解一下欧拉定理吧。

6^83 + 8^83除以49的余数是多少?
φ(49)=49 x (1-1/7) = 42
6^83 + 8^83
≡6^(2x42-1) + 8^(2x42-1)
≡-8 -6
≡35(mod 49)
6^83 + 8^83除以49的余数是35。

3^2019的末两位数字是?
φ(100)=100x(1-1/2)x(1-1/5)=40 3^2019
≡3^(40x50+19)
≡3^19(mod 100)
因为φ(4)=2
3^19 ≡3^(2x9+1)
≡3 mod(4)
因为φ(25)=20
3^19 ≡3^(20-1)
≡-8
≡17 mod(25)
则3^19 ≡67(mod 100)。

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