數(shù)論四大定理之威爾遜定理

威爾遜定理

p 為質(zhì)數(shù)\Longleftrightarrow(p-1)!\equiv -1(\mod p)

證明:

  1. 必要性:
    (p-1)!\equiv -1(\mod p)\Longleftrightarrow p|(p-1)!+1
    假設(shè) p 不是質(zhì)數(shù)友多,且 a 是 p 的質(zhì)因子牲平。
    易知a|(p-1)!,則a\nmid(p-1)!+1
    而p|(p-1)!+1\Longrightarrow a|(p-1)!+1域滥,前后矛盾纵柿!
    故 p 一定為質(zhì)數(shù)。
  2. 充分性:
    當(dāng) p = 2 時(shí)启绰,(p-1)!\equiv -1(\mod p)顯然成立昂儒。
    當(dāng) p = 3 時(shí)(p-1)!\equiv -1(\mod p)顯然成立委可。
    當(dāng)p\ge5時(shí)渊跋,令M=\{2,3,\cdots,p-2\},N=\{1,2,\cdots,p-1\} \forall a\in M,令S=a\cdot N=\{a,2a,\cdots,(p-1)a\} 注意\forall t\in S,p\nmid t
    \therefore\forall t_1,t_2\in S,t_1<t_2\Longrightarrow t_2-t_1\in S\Longrightarrow p\nmid(t_2-t_1)
    根據(jù)同余的定義可知着倾,S中所有元素模p都不同余
    \therefore S\mod p=N
    也就是說\forall a\in M,\exists x\in N拾酝,一定有ax\equiv1(\mod p)
    若x=1,則ax\%p=a\%p=a,\therefore x\ne1
    若x=p-1屈呕,則
    ax\%p=(ap-a)\%p=[(a-1)p+p-a]\%p=p-a,\therefore x\ne p-1
    若x=a微宝,則
    a^2\equiv1(\mod p)\Longrightarrow(a+1)(a-1)\equiv0(\mod p) \Longrightarrow a=1或a=p-1\therefore x\ne a
    綜上所述,\forall a\in M,\exists x\in M,且a\ne x,有ax\equiv1(\mod p)
    所以(p-1)!\equiv1\cdot(p-1)\equiv-1(\mod p)

證畢虎眨!

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