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Desplazamiento de residuos cuadráticos módulo n

Estoy tratando de resolver un lugar específico problema de residuos cuadráticos. Deje $p,q$ ser primos $(q > 2)$, de tal manera que $p = 2q + 1$, es decir, p es un seguro prime.

$\mathbb{Z}^{*}_{p}$ es un grupo multiplicativo modulo $p$, teniendo orden $p-1$.

A continuación, considere el conjunto a$G = \{ x^{2} \bmod p \vert x \in \mathbb{Z}^{*}_{p} \}$. Se puede demostrar que $G$, el conjunto de residuos cuadráticos módulo $p$, es un subgrupo de $\mathbb{Z}^{*}_{p}$ tener orden de $q$.

Vamos a considerar dos elementos distintos $m_{0},m_{1} \in G$, donde $m_{0} \neq m_{1}$, y considerar los conjuntos de $G + m_{0}$ e $G + m_{1}$ cuando la adición se define el modulo $p$, es decir, $$G + m_{0} = \{ [g + m_{0}]\bmod p \vert g \in G \}$$ $$G + m_{1} = \{ [g + m_{1}]\bmod p \vert g \in G \}$$

Estoy tratando de demostrar que $G + m_{0}$ e $G + m_{1}$ son conjuntos distintos, es decir, su diferencia simétrica es no vacío.

Además, si es posible, yo estoy tratando de encontrar el $m_{0},m_{1}$ que maximiza la cardinalidad de esta diferencia simétrica, dado que el grupo $G$ y en busca de un algoritmo eficiente que hace esto. No estoy seguro de si existe.

El segundo problema es más de un bono, lo que no me sorprendería si es difícil de resolver. Pero el primer problema (demostrando la distinción de los dos conjuntos) es bastante verdad estoy seguro de que, excepto que yo no estoy seguro de cómo demostrarlo.

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Para maximizar el tamaño de la diferencia simétrica, usted necesita para minimizar el tamaño de la intersección. Un punto en la intersección viene de cero $x$, $y\in\Bbb Z_p$ con $$x^2+m_0=y^2+m_1$$ en $\Bbb Z_p$. Más precisamente, se trata de cuatro soluciones como $(\pm x,pm y)$ todos dan el mismo número. Por lo que contamos con soluciones de $$x^2-y^2=m_1-m_0$$ con $x$, $y\ne0$. Olvidándose de la cero-ness condición de la ecuación es $$(x-y)(x+y)=m_1-m_0$$ y como $m_1-m_1\ne0$ para cada valor distinto de cero de a$x-y$, hay un único $x+y$ así que hay $p-1$ soluciones.

Pero como $p\equiv3\pmod 4$, precisamente en una de $\pm(m_1-m_0)$ es una ecuación cuadrática de residuos, y por lo tanto hay dos soluciones con uno de $x$, $y$ cero. Así que hay se $\frac14(p-3)$ elementos en $(G+m_0)\cap(G+m_1)$ no importa lo $m_0$ y $m_1$ . Así, la diferencia simétrica tiene un tamaño de$p-1-\frac12(p-3)= \frac12(p+1)$.

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