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en.wikipedia.org/wiki/Zolotarev's_lemma
\[\left(\frac{a}{p}\right) = \varepsilon(\pi_a)\]左端是勒让德符号, 右端 $\varepsilon(\pi_a)$ 是置换 $π_a$ 的符号, $π_a$是$\bmod p$ 的非零剩余类在“乘以$a$”作用下的置换。
例如,取 $a = 2$ 和 $p = 7$。模 $7$ 的二次剩余为 $1$、$2$ 和 $4$,因此 $(2|7) = 1$ 和 $(6|7) = -1$。
$π_2$ 是$\bmod 7$ 缩系在 $×2$ 下的置换,可分解为 $(1,2,4)(3,6,5)$,因此$π_2$为偶置换,$\varepsilon(π_2)=1$。
$π_6$ 是$\bmod 7$ 缩系在 $×6$ 下的置换,可分解为 $(1,6)(2,5)(3,4)$,因此$π_6$为奇置换,$\varepsilon(π_6)=-1$。
证明
一般地,对于任何阶 $n$ 的有限群 $G$,很容易确定由 $G$ 的元素 $g$ 左乘得到的置换 $π_g$ 的符号。
置换 $π_g$ 是偶的,除非有奇数个长为偶数的轨道。 因此,假设 $n$ 为偶数, $k$ 是 $g$ 的阶,$π_g$ 是奇排列的条件, 是$n/k$为奇数(等价于,$g$ 生成的子群 $\left<g \right>$ 的 index 是奇数)。
我们将把它应用到模 $p$ 的缩系上,它是一个阶为 $p-1$ 的循环群。
模 $p$ 的本原根的 $j$ 次幂的 index 为 $i = \gcd(j, p-1)$.
一个非零数为$\bmod p$ 非二次剩余当且仅当它是原根的奇次幂。
因此,引理归结为,当 $j$ 为奇数时,$i$ 为奇数,这当然成立;当 $i$ 为奇数时,$j$ 为奇数,这是因为 $p-1$ 是偶数 ($p$ 是奇数)。 |
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