二次剩余系解法

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了二次剩余系解法相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

(Note: All 技术图片 are taken to mean 技术图片, unless indicated otherwise).[edit]The algorithm

Inputsp, an odd prime. n, an integer which is a quadratic residue (mod p), meaning that the Legendre symbol 技术图片.

OutputsR, an integer satisfying 技术图片.

  1. Factor out powers of 2 from p − 1, defining Q and S as: 技术图片 with Q odd. Note that if 技术图片i.e. 技术图片, then solutions are given directly by 技术图片.
  2. Select a z such that the Legendre symbol 技术图片 (that is, z should be a quadratic non-residue modulo p), and set 技术图片.
  3. Let 技术图片
  4. Loop:
    1. If 技术图片, return R.
    2. Otherwise, find the lowest i技术图片, such that 技术图片e.g. via repeated squaring.
    3. Let 技术图片, and set 技术图片 and 技术图片.

Once you have solved the congruence with R the second solution is p − R.

Example

Solving the congruence 技术图片. It is clear that 技术图片 is odd, and since 技术图片, 10 is a quadratic residue (by Euler‘s criterion).

  • Step 1: Observe 技术图片 so 技术图片技术图片.
  • Step 2: Take 技术图片 as the quadratic nonresidue (2 is a quadratic nonresidue since 技术图片 (again, Euler‘s criterion)). Set 技术图片
  • Step 3: 技术图片
  • Step 4: Now we start the loop: 技术图片 so 技术图片i.e. 技术图片
    • Let 技术图片, so 技术图片.
    • Set 技术图片. Set 技术图片, and 技术图片
    • We restart the loop, and since 技术图片 we are done, returning 技术图片

Indeed, observe that 技术图片 and naturally also 技术图片. So the algorithm yields two solutions to our congruence.

Proof

First write 技术图片. Now write 技术图片 and 技术图片, observing that 技术图片. This latter congruence will be true after every iteration of the algorithm‘s main loop. If at any point, 技术图片 then 技术图片 and the algorithm terminates with 技术图片.

If 技术图片, then consider 技术图片, a quadratic non-residue of 技术图片. Let 技术图片. Then 技术图片 and 技术图片, which shows that the order of 技术图片 is 技术图片.

Similarly we have 技术图片, so the order of 技术图片 divides 技术图片. Suppose the order of 技术图片 is 技术图片. Since 技术图片 is a square modulo 技术图片技术图片 is also a square, and hence 技术图片.

Now we set 技术图片 and with this 技术图片技术图片 and 技术图片. As before, 技术图片holds; however with this construction both 技术图片 and 技术图片 have order 技术图片. This implies that 技术图片 has order 技术图片 with 技术图片.

If 技术图片 then 技术图片, and the algorithm stops, returning 技术图片. Else, we restart the loop with analogous definitions of 技术图片技术图片技术图片and 技术图片 until we arrive at an 技术图片 that equals 0. Since the sequence of S is strictly decreasing the algorithm terminates.

以上是关于二次剩余系解法的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

2017多校第7场 HDU 6128 Inverse of sum 推公式或者二次剩余

EOJ Monthly 2021.9 Sponsored by TuSimple——A.Amazing.Discovery(分治or二次剩余)

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