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如果我们取质数p 作为模,则在数1,2,3,…,p -1中,一半是二次剩余,剩下的是非剩余;即,剩余有 个,非剩余也有 个。
容易证明所有的平方数1,4,9,…, 都是彼此不同余的。因为,如果r 2 ≡(r ′)2 (mod p ),这里数r ,r ′不相等且均不大于 ,那么,可设r >r ′,得到(r -r ′)(r +r ′)是正数并且能被p 整除。但是两个因数(r -r ′)和(r +r ′)都小于p ,因此假设不成立 (参考条目13) 。因此,在数1,2,3,…,p -1中有 个二次剩余。不可能有比这更多个的二次剩余,因为,如果我们增加剩余0,就得到 个二次剩余,但所有剩余的个数不能大于这个数。那么,剩下的数就是非剩余,它们的个数是 。
因为0总是剩余,所以我们在研究中就排除0以及所有可以被模整除的数。这种情况本身是清楚的,讨论它只会让定理不再优雅。出于同样的原因,我们也排除2是模的情况。
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因为本章中要证明的很多结论可以从上一章的原理中推导出来,而且用不同的方法去发现相同的结论也无妨,我们就继续指出这种联系。容易证实的是,所有同余于平方数的数都有偶数 指标,所有不同余于平方数的数都有奇数 指标。并且,因为p -1是一个偶数,所以偶数指标的个数与奇数指标的个数相同,各有 个,因而剩余和非剩余的个数也相同。
例:
且所有小于这些模的其他的数都是非剩余。