Ký hiệu Legendre và ứng dụng trong lý thuyết số

Định nghĩa 1.

Cho $p$ là số nguyên tố lẻ và $a$ là số nguyên không chia hết cho $p$.

$a$ được gọi là thặng dư chính phương mô-đu-lô $p$ nếu tồn tại số nguyên $x$ sao cho $x^2\equiv a \quad (\text{mod}\ p)$.
 
Nếu không tồn tại số nguyên $x$ sao cho $x^2\equiv a \quad (\text{mod}\ p)$ thì ta nói $a$ là bất thặng dư chính phương mô-đu-lô $p$.

 

Định nghĩa 2.

Ký hiệu Legendre $\left(\dfrac{a}{p}\right) = \left\lbrace\begin{array}{rl}1 & \text{nếu}\ a \ \text{là thặng dư chính phương mô-đu-lô}\ p \\
-1 & \text{nếu}\ a \ \text{là bất thặng dư chính phương mô-đu-lô}\ p \\
0 & \text{nếu}\ a \ \text{chia hết cho} \ p\end{array} \right. $
 
$\left(\dfrac{a}{p} \right)$ đọc là ký hiệu Legendre của $a$ mốc $p$.

 

Các quy tắc để tính $\left(\dfrac{a}{p}\right)$

 

Quy tắc 1: “Quy tắc chia lấy dư” . Nếu $a \equiv b \ (\text{mod}\ p) $ thì $\left(\dfrac{a}{p}\right)=\left(\dfrac{b}{p}\right)$
 
Quy tắc 2: Quy tắc nhân. Nếu $\left(\dfrac{ab}{p}\right)=\left(\dfrac{a}{p}\right).\left(\dfrac{b}{p}\right)$.
 
Do đó Quy tắc bình phương $\left(\dfrac{a^2}{p}\right)=1$ (do hai số $1$ hoặc hai số $-1$ nhân cho nhau).
 

Quy tắc 3: Quy tắc bổ sung cho số $-1$. $\fbox{$\left(\dfrac{-1}{p}\right) = (-1)^{\frac{p-1}{2}}$}$.
 
Quy tắc 4: Quy tắc bổ sung cho số $2$. $\fbox{$\left(\dfrac{2}{p}\right) = (-1)^{\frac{p^2-1}{8}}$}$
 
Quy tắc 5: Quy tắc bổ sung cho số $3$. $\fbox{$\left(\dfrac{3}{p}\right) = (-1)^{\big[\frac{p+1}{6}\big]}$}$
 
Quy tắc 6: Quy tắc bổ sung cho số $5$. $\fbox{$\left(\dfrac{5}{p}\right) = (-1)^{\big[\frac{2p+2}{5}\big]}$}$

 

 
Quy tắc 7: Luật tương hỗ Gauss, còn gọi là Quy tắc lật ngược . Cho $p$ và $q$ là hai số nguyên tố lẻ.

Nếu một trong hai số $p$ và $q$ chia $4$ dư $1$ thì “lật ngược” $\left(\dfrac{p}{q}\right)=\left(\dfrac{q}{p}\right)$.

Nếu cả hai số $p$ và $q$ đều chia $4$ dư $3$ thì “lật ngược đối dấu” $\left(\dfrac{p}{q}\right)=-\left(\dfrac{q}{p}\right)$.

 
 

Bài toán minh họa 1: Xét tính chính phương của một số cụ thể.
 
Số $10$ có phải là số chính phương mô-đu-lô $2027$ không?

 

Ta tính $\left(\dfrac{10}{2027}\right)=\left(\dfrac{2}{2027}\right)\times \left(\dfrac{5}{2027}\right)$ (QT nhân)
 
leg6a 1.
 
Vậy $\left(\dfrac{10}{2027}\right)=1$. Do đó $10$ là thặng dư chính phương mô-đu-lô $2027$.
 

Bài toán minh họa 2: Số $10$ có phải là số chính phương mô-đu-lô $2029$ không?

 

Ta tính $\left(\dfrac{10}{2029}\right)=\left(\dfrac{2}{2029}\right)\times \left(\dfrac{5}{2029}\right)$
 
leg6b 1.
 
Vậy $\left(\dfrac{10}{2029}\right)=(-1)\times 1=-1$, Do đó $10$ không là số chính phương mô-đu-lô $2029$.
 

Bài tập: Tìm dư của phép chia số $(2+\sqrt3)^{2027}+(2-\sqrt3)^{2027}$ cho $2039$.

 

nut baigiaimoi

 

Xét dãy số Lucas $\qquad u_n=(2+\sqrt3)^{n}+(2-\sqrt3)^{n}$, ta có: $u_0=2, u_1=4, S=4, P=1$, dãy số quy nạp $u_n=4u_{n-1}-u_{n-2}$, dãy số truy hồi ngược $u_{n-2}=4u_{n-1}-u_n$.
 

Số chia $2039$ là số nguyên tố. Ta tính $\left(\dfrac{3}{2039}\right)=(-1)^{\big[\frac{2039+1}{6} \big]}$. leg6c 1
 
Vậy $\left(\dfrac{3}{2039}\right)=1$. Số $3$ là số chính phương mô-đu-lô $2039$
 

$$\left\lbrace\begin{array}{l}u_{2039} \equiv u_1=4 \quad (\text{mod}\ 2039) \\ u_{2038} \equiv u_0=2 \quad (\text{mod}\ 2039) \end{array} \right. $$

leg3a
 
Nhấn OK 11 lần để giảm từ $2037$ xuống $2027$ leg3b.
 
Vậy dư của phép chia số $(2+\sqrt3)^{2027}+(2-\sqrt3)^{2027}$ cho $2039$ là $843$.
 

 

Chia sẻ

About TS. Nguyễn Thái Sơn

TS. Nguyễn Thái Sơn
Nguyên trưởng Khoa Toán-Tin học ĐHSP TP HCM (1999-2009). Nguyên Giám đốc- Tổng biên tập NXB ĐHSP TP HCM (2009-2011). Nguyên Tổng thư ký Hội Toán học TP HCM (2008-2013).

Bài Viết Tương Tự

Giải phương trình chứa liên phân số có nghiệm là số hữu tỉ

Tìm giá trị của $x$ (dưới dạng phân số tối giản), là nghiệm của phương …