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Mostrando $x^8\equiv 16 \pmod{p}$ es solucionable todos primos $p$

Todavía estoy haciendo mi camino a lo largo de Niven Introducción a la Teoría de números, y el problema del título me está dando un poco de problemas cerca del final, y estaba esperando que alguien puede ayudar a mí a través de él.

Ahora $x^8\equiv 16\pmod{2}$ es solucionable con $x\equiv 0\pmod{2}$, por lo que asumo $p$ es una extraña prime. A partir de un teorema anterior en el texto,

Si $p$ es un primer e $(a,p)=1$, entonces la congruencia $x^n\equiv a\pmod{p}$ $(n,p-1)$ soluciones o ninguna solución de acuerdo como $a^{(p-1)/(n,p-1)}\equiv 1\pmod{p}$ o no.

Así que desde $(16,p)=1$, el problema se reduce a mostrar que la $16^{(p-1)/(8,p-1)}\equiv 1\pmod{p}$ tiene para todos los $p$. Tomo nota de que $(8,p-1)$ sólo puede tomar los valores de $2,4,8$. Para $2$, por encima de la equivalencia, a continuación,$4^{p-1}\equiv 1\pmod{p}$, lo cual es cierto por Fermat poco Teorema. Para $4$, luego se $2^{p-1}\equiv 1\pmod{p}$, que tiene de nuevo por el FlT. Sin embargo, en el caso de que $(8,p-1)=8$ está tirando de mí". En el mejor de los que yo veo que $16^{(p-1)/8}\equiv 2^{(p-1)/2}\pmod{p}$, pero no estoy seguro de cómo mostrar esto es congruente a $1$ modulo $p$. Tal vez hay una forma más elegante de hacerlo sin mirar los casos. Gracias por la comprensión.

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bentsai Puntos 1886

Una forma es utilizar el símbolo de Legendre identidad $2^{(p-1)/2} \equiv (\frac{2}{p}) \equiv (-1)^{(p^2-1)/8} \pmod p$ (para números primos impares p), teniendo en cuenta eso si (8, p-1) = 8 entonces $p \equiv 1 \pmod 8$.

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David HAust Puntos 2696

% Toque $\rm\ \ \ x^8 - 16\ =\ (x^2 - 2)\: (x^2 + 2)\: (x^4 + 4)\:.\ \:$si los dos primeros factores no tienen raíces en $\rm\ \mathbb Z/p\ $ $\:2, -2\:$ son nonsquares por lo que su producto $-4\: $ es un cuadrado, así $\rm\: i = \sqrt{-1} \in \mathbb Z/p\:$. Así, el tercer factor tiene una raíz ya que las raíces $\rm\ x^4 + 4\ $ $\rm\: \pm 1\pm i\:$.

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Generalmente puse esto como un ejercicio al enseñar la teoría de números. Mi consejo es que pida a los alumnos: ¿Cuáles son las soluciones de $z^8=16$ en los números complejos?

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