浅谈数论

Posted 2022-05-22 maoyingcheng

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了浅谈数论相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

逆元

逆元是一个非常牛逼的东西。求法很多，又很实用。
它可以分为乘法逆元和加法逆元：

乘法逆元：如果ab==1(mod p)则我们称b是a关于p的(乘法)逆元；
加法逆元：如果a+b=0则我们称b是a的(加法)逆元。

a^-1==b(mod p）-> ab==1(mod p)

条件:(a,p)=1;

整数a $对模数p 之模逆元存在的充分必要条件是a 和p 互素，若此模逆元存在，在模数p 下的除法可以用和对应模逆元的乘法来达成，此概念和实数除法的概念相同。$

模意义下的逆元就好比实数运算中的倒数，模意义下除以一个数就相当于乘上这个数的逆元，就可以实现模意义下的除法啦！

费马小定理

条件:gcd(a,p)=1;
a^(p-1)==1(mod p)，这是定理精髓，由它我们可以推出好多玄妙的结论。
时间复杂度O(log p)；
这里给出证明：

因为0,1,2,...,(p-1)为p的完全剩余系，且gcd(a,p)=1,
所以a对p的完全剩余系无影响
所以0*a,1*a,...,(p-1)*a也为p的完全剩余系
所以0*a,1*a,...,(p-1)*a=0,a,2a,...,(p-1)a(mod p)等价于0,1,2,...,(p-1)(mod p)即a*2a*3a*...*(p-1)a=1*2*3*...*(p-1)(mod p)
整理一下:(1*2*...*(p-1))*a^(p-1)=(1*2*3*...*(p-1))(mod p)
然后我们会发现这个式子多么优美。
a^(p-1)==1(mod p)

a^(p-1)==1(mod p)可得：

a^(p-2)==a^-1(mod p)咋一看发现这个式子貌似是乘法逆元，所以说我们多了一种求逆元的方法qaq;

这里千万注意gcd(a,p)=1

欧拉函数

phi(n)我们将其定义为n的完全剩余系中与n互质的数的个数
我们现将求法说一下（名字是作者瞎起的）

分解质因数法：我们先求出n的质因数p1~pk,则phi(n)=n*(1-1/p1)*(1-1/p2)*...*(1-1/pk)即可，相信正确性是有保证的

欧拉筛法：

ll  pri[10000002],top,phi[10000002],sum[10000002];
bool pd[10000002];
void prime_shaker()

    phi[1]=1;
    for(ll i=2;i<=n;i++)
    
        if(!pd[i])pri[++top]=i,phi[i]=i-1;
        for(ll j=1;j<=top&&pri[j]*i<=n;j++)
        
            pd[i*pri[j]]=true;
            if(i%pri[j]==0)
            
                phi[i*pri[j]]=phi[i]*pri[j];
                break;
            
            else phi[i*pri[j]]=phi[i]*phi[pri[j]];
        
    
    for(int i=1;i<=n;i++)sum[i]=sum[i-1]+phi[i];

Prime_shaker

暴力QAQ......

欧拉函数性质

phi(a*b)=phi(a)*phi(b）
任意质数p使得phi(p)=p-1
如果gcd(a,n)=1 则 (n-a,n)=1
n的完全剩余系中所有与n不互质的数的和sum，满足sum=phi(n)*(n/2)
如果质数n=p^k（其中p为质数）则phi(n)=p^k-p^(k-1)
n等于n所有约数的phi的和

欧拉定理

if(a,p)=1,a^n=a^(n mod phi(p))modp
因为(a,p)=1
所以x1*x2*...*(xphi(p))==(a*x1)*......*(a*xphi(p))(mod p)
令X=x1*x2*....*xphi(p)
可得X==X*a^phi(p)(mod p)即a^phi(p)==1(mod p)

这里引入欧拉筛法

inline void prime_shaker(int n）

    phi[1]=1;
    for(int i=2;i<=n;i++)
    
        if(!pd[i])prime[++top]=i,phi[i]=i-1;
        for(int j=1;j<top&&1ll*prime[j]*i<=n;j++)
        
            pd[i*prime[j]]=1;
            if(i%prime[j]==0)
            
                phi[i*prime[j]]=phi[i]*prime[j];
                break;
            
            else phi[i*prime[j]]=phi[i]*phi[prime[j]]