Sectio Tertia
De
Residuis Potestatum


Residua terminorum progressionis geometricae ab unitate incipientis constituunt seriem periodicam.

45.

Theorema. In omni progressione geometrica 1,1\text{,} a,a\text{,} aa,aa\text{,} a3etc.⁡a^3 \operatorname{etc.} praeter primum 1,1\text{,} alius adhuc datur terminus at,a^t\text{,} secundum modulum pp ad aa primum unitati congruus, cuius exponens t<p.t < p\text{.}

Demonstr. Quoniam modulus pp ad a,a\text{,} adeoque ad quamvis ipsius aa potestatem est primus, nullus progressionis terminus erit ≡0(mod.⁡p),≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} sed quivis alicui ex his numeris 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 congruus. Quorum multitudo quum sit p−1,p-1\text{,} manifestum est, si plures quam p−1p-1 progressionis termini considerentur, omnes residua minima diversa habere non posse. Quocirca inter terminos 1,1\text{,} a,a\text{,} aa,aa\text{,} a3…ap−1a^3 … a^{p-1} bini ad minimum congrui invenientur. Sit itaque am≡ana^m ≡ a^n et m>n,m > n\text{,} fietque dividendo per an,a^n\text{,} am−n≡1a^{m-n} ≡ 1 (art. 22), ubi m−n<p,m-n<p\text{,} et >0.>0\text{.} Q.E.D.

Ex. In progressione 2,2\text{,} 4,4\text{,} 8etc.⁡8 \operatorname{etc.} terminus primus, qui secundum modulum 1313 unitati est congruus, invenitur 212=4096.2^{12} = 4096\text{.} At secundum modulum 2323 in eadem progressione fit 211=2048≡1.2^{11} = 2048 ≡ 1\text{.} Similiter numeri 55 potestas sexta, 15625,15625\text{,} unitati congrua secundum modulum 7,7\text{,} quinta vero, 3125,3125\text{,} secundum 11.11\text{.} In aliis igitur casibus potestas exponentis minoris quam p−1p-1 unitati congrua evadit, in aliis contra usque ad potestatem p−1tump-1^{\mathrm{tum}} ascendere necesse est.

46.

Quando progressio ultra terminum, qui unitati est congruus, continuatur, eadem quae ab initio habebantur, residua prodeunt iterum. Scilicet si at≡1,a^t ≡ 1\text{,} erit at+1≡a,a^{t+1} ≡ a\text{,} at+2≡aaetc.⁡,a^{t+2} ≡ aa \operatorname{etc.}\text{,} donec ad terminum a2ta^{2t} perveniatur, cuius residuum minimum iterum erit ≡1,≡ 1\text{,} atque residuorum periodum denuo inchoat. Habetur itaque periodus tt residua comprehendens, quae simulac finita est ab initio semper repetitur; neque alia residua quam quae in hac periodo continentur in tota progressione occurrere possunt. Generaliter erit amt≡1,a^{mt} ≡ 1\text{,} et amt+n≡an,a^{mt+n} ≡ a^n\text{,} id quod per designationem nostram ita exhibetur:

Si r≡ρ(mod.⁡t),r ≡ ρ \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut}\text{,} erit ar≡aρ(mod.⁡p).a^r ≡ a^ρ \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}.

47.

Petitur ex hoc theoremate compendium potestatum quantumvis magno exponente affectarum residua expedite inveniendi, simulac potestas unitati congrua innotescat. Si ex. gr. residuum e divisione potestatis 310003^{1000} per 1313 oriundum quaeritur, erit propter 33≡1(mod.⁡13),3^3 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu13}\text{,} t≡3;t ≡ 3\text{;} quare quum sit 1000≡1(mod.⁡3),1000 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu3}\text{,} erit 31000≡3(mod.⁡13)3^{1000} ≡ 3 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu13}

48.

Quando ata^t est infima potestas unitati congrua (praeter a0=1,a^0 = 1\text{,} ad quem casum hic non respicimus), illi tt termini, residuorum periodum constituentes omnes erunt diversi, uti ex demonstratione art. 45 nullo negotio perspicitur. Tum autem propositio art. 46 converti potest; scilicet si am≡an(mod.⁡p),a^m ≡ a^n \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} erit m≡n(mod.⁡t).m ≡ n \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut}\text{.} Si enim m,m\text{,} nn secundum modulum tt incongrui essent, residua eorum minima μ,μ\text{,} νν diversa forent. At aμ≡am,a^μ ≡ a^m\text{,} aν≡an,a^ν ≡ a^n\text{,} quare aμ≡aνa^μ ≡ a^ν i.e. non omnes potestates infra ata^t incongruae forent contra hypoth.

Si itaque ak≡1(mod.⁡p),a^k ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} erit k≡0(mod.⁡t)k ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut} i.e. kk per tt divisibilis.

Hactenus de modulis quibuscunque si modo ad aa sint primi diximus. Iam modulos qui sunt numeri absolute primi seorsim consideremus atque huic fundamento investigationem generaliorem postea superstruamus.

Considerantur primo moduli qui sunt numeri primi.

49.

Theorema. Si pp est numerus primus ipsum aa non metiens, atque ata^t infima ipsius aa potestas secundum modulum pp unitati congrua, exponens tt aut erit =p−1=p-1 aut pars aliquota huius numeri.

Conferantur exempla art. 45.

Demonstr. Quum iam ostensum sit, tt esse aut =p−1,=p-1\text{,} aut <p−1,<p-1\text{,} superest, ut in posteriori casu tt semper ipsius p−1p-1 partem aliquotam esse evincatur.

  1. Colligantur residua minima positiva omnium horum terminorum 1,1\text{,} a,a\text{,} aa…at−1,aa … a^{t-1}\text{,} quae per α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡α'' \operatorname{etc.} designentur, ita ut sit α=1,α=1\text{,} α′≡a,α' ≡ a\text{,} α′′≡aaetc.⁡α'' ≡ aa \operatorname{etc.} Perspicuum est, haec omnia fore diversa, si enim duo termini am,a^m\text{,} ana^n eadem praeberent, foret (supponendo m>nm>n) am−na^{m-n} atque m−n<t,m-n<t\text{,} Q.E.A. quum nulla inferior potestas quam ata^t unitati sit congrua (hyp). Porro omnes α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡α'' \operatorname{etc.} in serie numerorum 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 continentur, quam tamen non exhaurient, quum t<p−1.t<p-1\text{.} Complexum omnium α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡α'' \operatorname{etc.} per (A)(A) designabimus. Comprehendet igitur (A)(A) terminos t.t\text{.}
  2. Accipiatur numerus quicunque ββ ex his 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} qui in (A)(A) desit. Multiplicetur ββ per omnes α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡,α'' \operatorname{etc.}\text{,} sintque residua minima inde oriunda β,β\text{,} β′,β'\text{,} β′′etc.⁡,β'' \operatorname{etc.}\text{,} quorum numerus etiam erit t.t\text{.} At haec residua tum inter se quam ab omnibus α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡α'' \operatorname{etc.} erunt diversa. Si enim prior assertio falsa esset, haberetur βam≡βanβa^m ≡ β a^n adeoque dividendo per β,β\text{,} am≡an,a^m ≡ a^n\text{,} contra ea quae modo demonstravimus: si vero posterior, haberetur βam≡an,βa^m ≡ a^n\text{,} unde, quando m<n,m < n\text{,} β≡an−mβ ≡ a^{n-m} i.e. ββ alicui ex his α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡α'' \operatorname{etc.} congruus contra hyp.; quando vero m>n,m > n\text{,} sequitur multiplicando per at−m,a^{t-m}\text{,} βat≡at+n−m,βa^t ≡ a^{t+n-m}\text{,} sive propter at≡1,a^t ≡ 1\text{,} β≡at+n−m,β ≡ a^{t+n-m}\text{,} quae est eadem absurditas. Designetur complexus omnium β,β\text{,} β′,β'\text{,} β′′etc.⁡,β'' \operatorname{etc.}\text{,} quorum multitudo =t,=t\text{,} per (B),(B)\text{,} habebunturque iam 2t2t numeri ex his 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1.3 … p-1\text{.} Quodsi igitur (A)(A) et (B)(B) omnes hos numeros complectuntur, fit p−12=t\frac{p-1}2 = t adeoque theorema demonstratum.
  3. Si vero aliqui adhuc deficiunt, sit horum aliquis γ.γ\text{.} Per hunc multiplicentur omnes α,α\text{,} α′,α'\text{,} α′′etc.⁡,α'' \operatorname{etc.}\text{,} productorumque residua minima sint γ,γ\text{,} γ′,γ'\text{,} γ′′etc.⁡,γ'' \operatorname{etc.}\text{,} omnium complexus per (C)(C) designetur. (C)(C) igitur comprehendet tt numeros ex his 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} qui omnes tum inter se quam a numeris in (A)(A) et (B)(B) contentis erunt diversi. Assertiones priores eodem modo demonstrantur ut in II, tertia ita. Si esset γam≡βan,γa^m ≡ β a^n\text{,} fieret γ≡βan−m,γ ≡ βa^{n-m}\text{,} aut ≡βat+n−m≡ βa^{t+n-m} prout m<nm < n aut >n,>n\text{,} in utroque casu γγ alicui ex (B)(B) congrua contra hyp. Habentur igitur 3t3t numeri ex his 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} atque si nulli amplius desunt, fiet t=p−13,t = \frac{p-1}3\text{,} adeoque theorema erit demonstratum.
  4. Si vero etiamnum aliqui desunt, eodem modo ad quartum numerorum complexum (D)(D) progrediendum erit etc. Patet vero, quoniam numerorum 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 multitudo est finita, tandem eam exhaustum iri, adeoque multiplum ipsius tt fore: quare tt erit pars aliquota numeri p−1.p-1\text{.} Q.E.D.

Fermatii Theorema.

50.

Quum igitur p−1t\frac{p-1}t sit integer, sequitur evehendo utramque partem congruentiae at≡1a^t ≡ 1 ad potestatem exponentis p−1t,\frac{p-1}t\text{,} ap−1≡1,a^{p-1} ≡ 1\text{,} sive ap−1−1a^{p-1} - 1 semper per pp divisibilis est, quando pp est primus ipsum aa non metiens.

Theorema hoc, quod tum propter elegantiam tum propter eximiam utilitatem omni attentione dignum, ab inventore theorema Fermatianum appellari solet. Vid. Fermatii Opera Mathem. Tolosae 1679 fol. p. 163. Demonstrationem inventor non adiecit, quam tamen in potestate sua esse professus est. I11. Euler primus demonstrationem publici iuris fecit, in diss. cui titulus Theorematum quorundam ad numeros primos spectantium demonstratio, Comm. Acad. Petrop. T. VIII.In comment. anteriore vir summus ad scopum nondum pervenerat. Comm. Petr. T. VI p. 106.– In controversia famosa inter Maupertuis et König, a principio actionis minimae orta, sed mox ad res heterogeneas egressa, König in manibus se habere dixit autographum Leibnitianum, in quo demonstratio huius theorematis cum Euleriana prorsus conspirans contineatur. Appel au public. p. 106. Licet vero fidem huic testimonio denegare nolimus, certe Leibnitius inventum suum numquam publicavit. Conf. Hist. de l'Ac. de Prusse, A. 1750 p. 530.

Innititur ista evolutioni potestatis (a+1)p,(a+1)^p\text{,} ubi ex coëfficientium forma facillime deducitur, (a+1)p−ap−1(a+1)^p - a^p - 1 semper per pp fore divisibilem, adeoque (a+1)p−(a+1)(a+1)^p - (a+1) per pp divisibilem fore, quando ap−aa^p - a per pp sit divisibilis. Iam quia 1p−11^p - 1 semper per pp divisibilis est, etiam 2p−22^p - 2 semper erit; hinc etiam 3p−3etc.⁡3^p - 3 \operatorname{etc.} generaliterque ap−a.a^p - a\text{.} Quodsi itaque pp ipsum aa non metitur, etiam ap−1−1a^{p-1}-1 per pp divisibilis erit. Haec sufficient ad methodi indolem declarandam. Clar. Lambert similem demonstrationem tradidit in Actis Erudit. 1769 p. 109. Quia vero evolutio potestatis binomii a theoria numerorum satis aliena esse videbatur, aliam demonstrationem ill. Euler investigavit, quae exstat Comment. nov. Petr. T. VII p. 70, atque cum ea quam nos art. praec. exposuimus prorsus convenit. In sequentibus adhuc aliae quaedam se nobis offerent. Hoc loco unam superaddere liceat, quae similibus principiis innititur, uti prima ill. Euleri. Propositio sequens, cuius casus tantum particularis est theorema nostrum, etiam ad alias investigationes infra adhibebitur.

51.

Polynomii a+b+c+etc.⁡a+b+c+ \operatorname{etc.} potestas ptap^{\mathrm{ta}} secundum modulum pp est ≡ap+bp+cp+etc.⁡≡ a^p + b^p + c^p + \operatorname{etc.} siquidem pp est numerus primus.

Demonstr. Constat potestatem ptap^\mathrm{ta} polynomii a+b+c+etc.⁡a+b+c+ \operatorname{etc.} esse compositam e partibus formae κaαbβcγetc.⁡,κa^αb^βc^γ \operatorname{etc.}\text{,} ubi α+β+γetc.⁡=p,α+β+γ \operatorname{etc.}= p\text{,} et κκ designat, quot modis pp res, quarum α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} respective sunt =a,= a\text{,} b,b\text{,} cetc.⁡,c \operatorname{etc.}\text{,} permutari possint. At supra art. 41 ostendimus, hunc numerum semper esse per pp divisibilem, nisi omnes res sint aequales, i.e. nisi aliquis numerorum α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} sit =p,= p\text{,} reliqui vero =0.= 0\text{.} Unde sequitur, omnes ipsius (a+b+c+etc.⁡)p(a+b+c+\operatorname{etc.})^p partes, praeter has ap,a^p\text{,} bp,b^p\text{,} cpetc.⁡,c^p \operatorname{etc.}\text{,} per pp divisibiles esse; quae igitur, quando de congruentia secundum modulum pp agitur, tuto omitti poterunt, fietque (a+b+c+etc.⁡)p≡ap+bp+cp+etc.⁡Q.E.D.(a+b+c+\operatorname{etc.})^p ≡ a^p + b^p + c^p + \operatorname{etc.}\qquad \text{Q.E.D.}

Quodsi iam omnes quantitates a,a\text{,} b,b\text{,} cetc.⁡=1c \operatorname{etc.}= 1 ponuntur, numerusque earum =k,=k\text{,} fiet kp≡k,k^p ≡ k\text{,} uti in art. praec.

Quot numeris respondeant periodi, in quibus terminorum multitudo est divisor datus numeri p−1.p-1\text{.}

52.

Quoniam igitur alii numeri quam qui sunt divisores ipsius p−1,p-1\text{,} nequeunt esse exponentes potestatum infimarum, ad quas evecti numeri aliqui unitati congrui fiunt, quaestio sese offert, num omnes ipsius p−1p-1 divisores ad hoc sint idonei, atque, quando omnes numeri per pp non divisibiles secundum exponentem infimae suae potestatis unitati congruae classificentur, quot ad singulos exponentes sint perventuri. Ubi statim observare convenit, sufficere, si omnes numeri positivi ab 11 usque ad p−1p-1 considerentur; manifestum enim est, numeros congruos ad eandem potestatem elevari debere, quo unitati fiant congruae, adeoque numerum quemcunque ad eundem exponentem esse referendum, ad quem residuum suum minimum positivum. Quocirca in id nobis erit incumbendum, ut quomodo hoc respectu numeri 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 inter singulos factores numeri p−1p-1 distribuendi sint, eruamus. Brevitatis gratia, si dd est unus e divisoribus numeri p−1p-1 (ad quos etiam 11 et p−1p-1 referendi), per ψdψd designabimus multitudinem numerorum positivorum ipso pp minorum, quorum potestas dtad^\mathrm{ta} est infima unitati congrua.

53.

Quo facilius haec disquisitio intelligi possit, exemplum apponimus. Pro p=19p = 19 distribuentur numeri 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…183 … 18 inter divisores numeri 1818 hoc modo:

11 11
22 1818
33 7,7\text{,} 1111
66 8,8\text{,} 1212
99 4,4\text{,} 5,5\text{,} 6,6\text{,} 9,9\text{,} 16,16\text{,} 1717
1818 2,2\text{,} 3,3\text{,} 10,10\text{,} 13,13\text{,} 14,14\text{,} 1515

In hoc igitur casu fit ψ1=1,ψ1 = 1\text{,} ψ2=1,ψ2 = 1\text{,} ψ3=2,ψ3 = 2\text{,} ψ6=2,ψ6 = 2\text{,} ψ9=6,ψ9 = 6\text{,} ψ18=6.ψ18 = 6\text{.} Ubi exigua attentio docet, totidem ad quemvis exponentem pertinere, quot dentur numeri hoc non maiores ad ipsumque primi, sive esse in hoc certe casu, retento signo art. 39 ψd=φd.ψd = φd\text{.} Hanc autem observationem generaliter veram esse ita demonstramus.

  1. Si numerus aliquis habetur, a,a\text{,} ad exponentem dd pertinens (i.e. cuius potestas dtad^\mathrm{ta} unitati congrua, omnes inferiores incongruae), omnes huius potestates aa,aa\text{,} a3,a^3\text{,} a4…ada^4 … a^d sive ipsarum residua minima prcprietatem priorem etiam possidebunt (ut potestas ipsarum dtad^\mathrm{ta} unitati sit congrua) et quum hoc ita etiam exprimi possit, residua minima numerorum a,a\text{,} aa,aa\text{,} a3…ada^3 … a^d (quae omnia sunt diversa) esse radices congruentiae xd≡1,x^d ≡ 1\text{,} haec autem plures quam dd radices diversas habere nequeat, manifestum est, praeter numerorum a,a\text{,} aa,aa\text{,} a3…ada^3 … a^d residua minima alios numeros inter 11 et p−1p-1 incl. non dari, quorum potestates exponentis dd congruae sint unitati. Hinc patet, omnes numeros ad exponentem dd pertinentes inter residua minima numerorum a,a\text{,} aa,aa\text{,} a3…ada^3 … a^d reperiri. Quales vero sint, quantaque eorum multitudo, ita definitur. Si kk est numerus ad dd primus, omnes potestates ipsius ak,a^k\text{,} quarum exponentes <d,<d\text{,} unitati non erunt congrui: esto enim 1k(mod.⁡d)≡m\frac 1k \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mud} ≡ m (vid. art. 31) eritque akm≡a;a^{km} ≡ a\text{;} quare si potestas etae^\mathrm{ta} ipsius aka^k unitati esset congrua atque e<d,e<d\text{,} foret etiam akme≡1a^{kme} ≡ 1 et hinc ae≡1a^e ≡ 1 contra hyp. Hinc manifestum est, residuum minimum ipsius aka^k ad exponentem dd pertinere. Si vero kk divisorem aliquem, δ,δ\text{,} cum dd communem habet, ipsius aka^k residuum minimum ad exponentem dd non pertinet; quoniam tum potestas dtaδ\frac{d^\mathrm{ta}}δ iam unitati fit congrua (erit enim kdδ\frac{kd}δ per dd divisibilis, sive ≡0(mod.⁡d)≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mud} adeoque akdδ≡1a^{\frac{kd}δ} ≡ 1). Hinc colligitur, totidem numeros ad exponentem dd pertinere, quot numerorum 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…d3 … d ad dd sint primi. At memorem esse oportet, hanc conclusionem innixam esse suppositioni, unum numerum aa iam haberi ad exponentem dd pertinentem. Quamobrem dubium remanet, fierine possit ut ad aliquem exponentem nullus omnino numerus pertineat; conclusioque eo limitatur, ut ψdψd sit vel =0=0 vel =φd.=φd\text{.}

54.

  1. Iam sint omnes divisores numeri p−1p-1 hi: d,d\text{,} d′,d'\text{,} d′′etc.⁡d'' \operatorname{etc.} eritque, quia omnes numeri 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 inter hos sunt distributi, ψd+ψd′+ψd′′+etc.⁡=p−1 ψd + ψd' + ψd'' + \operatorname{etc.}= p-1 At in art. 40 demonstravimus esse φd+φd′+φd′′+etc.⁡=p−1φd + φd' + φd'' + \operatorname{etc.}= p-1 atque ex art. praec. sequitur, ψdψd ipsi φdφd aut aequalem aut ipso minorem esse, maiorem esse non posse, similiterque de ψd′ψd' et φd′,φd'\text{,} etc.⁡\operatorname{etc.} Si itaque aliquis terminus ex his ψd,ψd\text{,} ψd′,ψd'\text{,} ψd′′etc.⁡ψd'' \operatorname{etc.} termino respondente ex his φd,φd\text{,} φd′,φd'\text{,} φd′′etc.⁡,φd'' \operatorname{etc.}\text{,} esset minor (sive etiam plures) illorum summa summae horum aequalis esse non posset. Unde tandem concludimus, ψdψd ipsi φdφd semper esse aequalem, adeoque a magnitudine ipsius p−1p-1 non pendere.

55.

Maximam autem attentionem meretur casus particularis propositionis praecedentis, scilicet semper dari numeros, quorum nulla potestas inferior quam p−1tap-1^\mathrm{ta} unitati congrua, et quidem totidem inter 11 et p−1,p-1\text{,} quot infra p−1p-1 sint numeri ad p−1p-1 primi. Cuius theorematis demonstratio quum minime tam obvia sit quam primo aspectu videri possit, propter theorematis dignitatem liceat aliam adhuc adiicere a praecedente aliquantum diversam, quandoquidem methodorum diversitas ad res obscuriores illustrandas plurimum conferre solet. Resolvatur p−1p-1 in factores suos primos fiatque p−1=aαbβcγetc.⁡,p-1=a^α b^β c^γ \operatorname{etc.}\text{,} designantibus a,a\text{,} b,b\text{,} cetc.⁡c \operatorname{etc.} numeros primos inaequales. Tum theorematis demonstrationem per sequentia absolvemus:

  1. Semper inveniri posse numerum AA (aut plures) ad exponentem aαa^α pertinentem, similiterque numeros B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} ad exponentes bβ,b^β\text{,} cγetc.⁡c^γ \operatorname{etc.} respective pertinentes.
  2. Productum ex omnibus numeris A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} (sive huius producti residuum minimum) ad exponentem p−1p-1 pertinere. Haec autem ita demonstramus.
  1. Sit gg numerus aliquis ex his 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} congruentiae xp−1a≡1(mod.⁡p)x^\frac{p-1}a ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} non satisfaciens, omnes enim hi numeri congruentiae huic, cuius gradus <p−1,< p-1\text{,} satisfacere nequeunt. Tum dico si potestas p−1aαta\frac{p-1}{a^α}^\mathrm{ta} ipsius gg ponatur ≡h,≡ h\text{,} hunc numerum, sive eius residuum minimum ad exponentem aαa^α pertinere.

    Namque patet potestatem aαtama^{α\mathrm{tam}} ipsius hh congruam fore potestati p−1taep-1^\mathrm{tae} ipsius gg i.e. unitati, potestas vero aα−1taa^{α-1 \mathrm{ta}} ipsius hh congrua erit potestati p−1atae\frac{p-1}a^\mathrm{tae} ipsius g,g\text{,} i.e. unitati erit incongrua, multoque minus potestates aα−2,a^{α-2}\text{,} aα−3taea^{α-3 \mathrm{tae}} ipsius hh unitati congruae esse possunt. At exponens infimae potestatis ipsius hh unitati congruae, sive exponens ad quam pertinet h,h\text{,} numerum aαa^α metiri debet (art. 48). Quare quum aαa^α per alios numeros divisibilis non sit quam per se ipsum, atque per inferiores ipsius aa potestates, necessario aαa^α erit exponens ad quem hh pertinet. Q.E.D. Per similem methodum demonstratur, dari numeros ad exponentes bβ,b^β\text{,} cγetc.⁡c^γ \operatorname{etc.} pertinentes.

  2. Si supponimus, productum ex omnibus A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} non ad exponentem p−1,p-1\text{,} sed ad minorem tt pertinere, tt ipsum p−1p-1 metietur (art. 48), sive erit p−1t\frac{p-1}t integer unitate maior. Facile autem perspicitur, hunc quotientem vel esse unum e numeris primis a,a\text{,} b,b\text{,} cetc.⁡c \operatorname{etc.} vel saltem per aliquem eorum divisibilem (art. 17 ), ex. gr. per a,a\text{,} de reliquis enim simile est ratiocinium. Metietur itaque tt ipsum p−1a;\frac{p-1}a\text{;} quare productum ABCetc.⁡ABC \operatorname{etc.} etiam ad potestatem p−1atam\frac{p-1}a^\mathrm{tam} elevatum unitati erit congruum (art. 46). Sed perspicuum est singulos B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} (exemto ipso AA) ad potestatem p−1atam\frac{p-1}a^\mathrm{tam} elevatos unitati congruos fieri, quum exponentes bβ,b^β\text{,} cγetc.⁡,c^γ \operatorname{etc.}\text{,} ad quos singuli pertinent ipsum p−1a\frac{p-1}a metiantur. Hinc erit Ap−1aBp−1aCp−1aetc.⁡≡Ap−1a≡1A^\frac{p-1}a B^\frac{p-1}a C^\frac{p-1}a \operatorname{etc.}≡ A^\frac{p-1}a ≡ 1 Unde sequitur exponentem ad quem AA pertinet, ipsum p−1a\frac{p-1}a metiri debere (art. 48), i.e. p−1aα+1\frac{p-1}{a^{α+1}} esse integrum; at p−1aα+1=bβcγetc.⁡a\frac{p-1}{a^{α+1}} = \frac{b^β c^γ \operatorname{etc.}}a integer esse nequit (art. 15). Unde tandem concludere oportet, suppositionem nostram consistere non posse, i.e. productum ABCetc.⁡ABC \operatorname{etc.} revera ad exponentem p−1p-1 pertinere. Q.E.D.

Demonstratio posterior priori aliquantulum prolixior esse videtur, prior contra posteriori minus directa.

56.

Hoc theorema insigne exemplum suppeditat, quanta circumspectione in theoria numerorum saepenumero opus sit, ne, quae non sunt, pro certis assumamus. Celeb. Lambert in diss. iam supra laudata Acta Erudit. 1769 p. 127 huius propositionis mentionem facit, sed demonstrationis ne necessitatem quidem attigit. Nemo vero demonstrationem tentavit praeter summum Eulerum, Comment. nov. Ac. Petrop. T. XVIII ad annum 1773, Demonstrationes circa residua ex divisione potestatum per numeros primos resultantia p. 85 seqq. vid. imprimis art. 37, ubi de demonstrationis necessitate fusius locutus est. At demonstratio, quam Vir sagacissimus exhibuit, duos defectus habet. Alterum quod art. 31 et sqq. tacite supponit, congruentiam xn≡1x^n ≡ 1 (translatis ratiociniis illic adhibitis in nostra signa) revera nn radices diversas habere, quamquam ante nihil aliud fuerit demonstratum quam quod plures habere nequeat; alterum, quod formulam art. 34 per inductionem tantummodo deduxit.

Radices primitivae, bases, indices.

57.

Numeros ad exponentem p−1p-1 pertinentes radices primitivas cum ill. Eulero vocabimus. Si igitur aa est radix primitiva, potestatum a,a\text{,} aa,aa\text{,} a3…ap−1a^3 … a^{p-1} residua minima omnia erunt diversa; unde facile deducitur, inter haec omnes numeros 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} qui totidem sunt multitudine quot illa residua mininia, reperiri debere: i.e. quemvis numerum per pp non divisibilem potestati alicui ipsius aa congruum esse. Insignis haec proprietas permagnae est utilitatis, operationesque arithmeticas, ad congruentias pertinentes, haud parum sublevare potest, simili fere modo, ut logarithmorum introductio operationes arithmeticae vulgaris. Radicem aliquam primitivam, a,a\text{,} ad lubitum pro basi adoptabimus, ad quam omnes numeros per pp non divisibiles referemus, et si fuerit ae≡b(mod.⁡p),a^e ≡ b \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} ee ipsius bb indicem vocabimus. Ex. gr. si pro modulo 19,19\text{,} radix primitiva 22 pro basi assumatur respondebunt

numeris 1.1\text{.} 2.2\text{.} 3.3\text{.} 4.4\text{.} 5.5\text{.} 6.6\text{.} 7.7\text{.} 8.8\text{.} 9.9\text{.} 10.10\text{.} 11.11\text{.} 12.12\text{.} 13.13\text{.} 14.14\text{.} 15.15\text{.} 16.16\text{.} 17.17\text{.} 18.18\text{.}
indices 0.0\text{.} 1.1\text{.} 13.13\text{.} 2.2\text{.} 16.16\text{.} 14.14\text{.} 6.6\text{.} 3.3\text{.} 8.8\text{.} 17.17\text{.} 12.12\text{.} 15.15\text{.} 5.5\text{.} 7.7\text{.} 11.11\text{.} 4.4\text{.} 10.10\text{.} 9.9\text{.}

Ceterum patet, manente basi, cuique numero plures indices convenire, sed hos omnes secundum modulum p−1p-1 fore congruos; quamobrem quoties de indicibus sermo erit, qui secundum modulum p−1p-1 sunt congrui, pro aequivalentibus habebuntur, simili modo uti numeri ipsi, quando secundum modulum pp sunt congrui, tamquam aequivalentes spectantur.

Algorithmus indicum.

58.

Theoremata ad indices pertinentia prorsus analoga sunt iis, quae ad logarithmos spectant.

Index producti e quotcunque factoribus conflati congruus est summae indicum singulorum factorum secundum modulum p−1.p-1\text{.}

Index potestatis numeri alicuius congruus est producto ex indice numeri dati in exponentem potestatis, secundum mod. p−1.p-1\text{.}

Demonstrationes propter facilitatem omittimus.

Hinc perspicitur, si tabulam construere velimus, ex qua omnium numerorum indices pro modulis diversis desumi possint, ex hac tum omnes numeros modulo maiores, tum omnes compositos omitti posse. Specimen huius modi tabulae ad calcem operis huius adiectum est, Tab. I, ubi in prima columna verticali positi sunt numeri primi primorumque potestates a 33 usque ad 97,97\text{,} qui tamquam moduli sunt spectandi, iuxta hos singulos numeri pro basi assumti; tum sequuntur indices numerorum primorum successivorum, quorum quini semper per parvulum intervallum sunt disiuncti, eodemque ordine supra dispositi sunt numeri primi; ita ut quis index numero primo dato secundum modulum datum respondeat, facile tutoque inveniri possit.

Ita ex. gr. si p=67p=67 index numeri 60,60\text{,} assumto 1212 pro basi erit ≡2Ind.⁡2+Ind.⁡3+Ind.⁡5​​​​(mod.⁡66)≡58+9+39≡40≡ 2 \operatorname{Ind.}2 + \operatorname{Ind.}3 + \operatorname{Ind.}5 \!\!\!\! \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu66} ≡ 58+9+39 ≡ 40

59.

Index valoris cuiuscunque expressionis ab(mod.⁡p),\frac ab \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} (art. 31) congruus est secundum modulum p−1p-1 differentiae indicum numeratoris aa et denominatoris b,b\text{,} siquidem numeri a,a\text{,} bb per pp non sunt divisibiles.

Sit enim valor quicunque c:c\text{:} eritque bc≡a(mod.⁡p):bc ≡ a \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{:} hinc Ind.⁡b+Ind.⁡c≡Ind.⁡a(mod.⁡p−1)adeoqueInd.⁡c≡Ind.⁡a−Ind.⁡b\begin{alignedat}{4} & & \operatorname{Ind.}b + \operatorname{Ind.}c &≡ \operatorname{Ind.}a \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\\ &\text{adeoque} & \operatorname{Ind.}c &≡ \operatorname{Ind.}a - \operatorname{Ind.}b \end{alignedat}

Si itaque tabula habetur, ex qua index cuique numero respondens pro quovis modulo primo, aliaque ex qua numerus ad indicem datum pertinens derivari possit, omnes congruentiae primi gradus facillimo negotio solvi poterunt, quoniam omnes reduci possunt ad tales, quarum modulus est numerus primus (art. 30). E.g. proposita congruentia 29x+7≡0(mod.⁡47)eritx≡−729(mod.⁡47)29x+7 ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu47} \enspace \text{erit} \enspace x ≡ \frac{-7}{29} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu47} Hinc Ind.⁡x≡Ind.⁡−7−Ind.⁡29≡Ind.⁡40−Ind.⁡29≡15−43≡18(mod.⁡46)\operatorname{Ind.}x ≡ \operatorname{Ind.}{-7} - \operatorname{Ind.}29 ≡ \operatorname{Ind.}40 - \operatorname{Ind.}29 ≡ 15 - 43 ≡ 18 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu46}

At numerus cuius index 1818 invenitur 3. Quare x≡3(mod.⁡47).x ≡ 3 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu47}\text{.}— Tabulam secundam quidem non adiecimus: at huius vice alia defungi poterit, uti Sect. VI ostendemus.

De radicibus congruentiae xn≡A.x^n ≡ A\text{.}

60.

Simili modo ut art. 31 radices congruentiarum primi gradus designavimus, in sequentibus etiam congruentiarum purarum altiorum graduum radices per signum exhibebimus. Uti scilicet nA\sqrt[n]{}A nihil aliud significat quam radicem aequationis xn=A,x^n = A\text{,} ita apposito modulo per nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) denotabitur radix quaecunque congruentiae xn≡A(mod.⁡p).x^n ≡ A \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} Hanc expressionem nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) tot valores habere dicemus, quot habet secundum pp incongruos, omnes enim qui secundum pp sunt congrui tamquam aequivalentes spectandi (art. 26). Ceterum patet, si A,A\text{,} BB secundum pp fuerint congrui, expressiones nA,\sqrt[n]{} A\text{,} nB(mod.⁡p)\sqrt[n]{} B \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) aequivalentes fore.

Iam si ponitur nA≡x(mod.⁡p),\sqrt[n]{}A ≡ x \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} erit nInd.⁡x≡Ind.⁡A(mod.⁡p−1).n \operatorname{Ind.}x ≡ \operatorname{Ind.}A \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Ex hac congruentia deducuntur ad praecepta sectionis praec. valores ipsius Ind.⁡x\operatorname{Ind.}x atque ex his valores respondentes ipsius x.x\text{.} Facile vero perspicitur, xx habere totidem valores, quot radices congruentia nInd.⁡x≡Ind.⁡A(mod.⁡p−1).n \operatorname{Ind.}x ≡ \operatorname{Ind.}A \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Manifesto igitur nA\sqrt[n]{}A unum tantummodo valorem habebit, quando nn ad p−1p-1 est primus; quando vero numeri n,n\text{,} p−1p-1 divisorem communem habent δ,δ\text{,} atque hic est maximus, Ind.⁡x\operatorname{Ind.}x habebit δδ valores incongruos secundum p−1,p-1\text{,} adeoque nA\sqrt[n]{}A totidem valores incongruos secundum p,p\text{,} siquidem Ind.⁡A\operatorname{Ind.}A per δδ est divisibilis. Qua conditione deficiente nA\sqrt[n]{}A nullum valorem realem habebit.

Exemplum. Quaeruntur valores expressionis 1511(mod.⁡19).\sqrt[15]{} 11 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu19\right)\text{.} Solvi itaque debet congruentia 15Ind.⁡x≡Ind.⁡11=6(mod.⁡18),15 \operatorname{Ind.}x ≡ \operatorname{Ind.}11 = 6 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu18}\text{,} invenienturque tres valores ipsius Ind.⁡x≡4,10,16(mod.⁡18).\operatorname{Ind.}x ≡ 4, 10, 16 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu18}\text{.} His vero respondent valores ipsius x,x\text{,} 6,6\text{,} 9,9\text{,} 4.4\text{.}

61.

Quantumvis expedita sit methodus haec, quando tabulae necessariae adsunt, debemus tamen non oblivisci, indirectam eam esse. Operae igitur pretium erit inquirere quantum methodi directae polleant: trademusque hic ea quae ex praecedentibus hauriri possunt: alia, quae considerationes reconditiores postulant, ad sectionem VIII reservantes. Initium facimus a casu simplicissimo, ubi A=1,A = 1\text{,} sive ubi radices congruentiae xn≡1(mod.⁡p)x^n ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} quaeruntur. Hic itaque, assumta radice quacunque primitiva pro basi, debet esse nInd.⁡x≡0(mod.⁡p−1).n \operatorname{Ind.}x ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Quae congruentia, quando nn ad p−1p-1 est primus, unam tantummodo radicem habebit, scilicet Ind.⁡x≡0(mod.⁡p−1):\operatorname{Ind.}x ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{:} quare in hocce casu n1(mod.⁡p)\sqrt[n]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) unicum valorem habet, scilicet ≡1.≡ 1\text{.} Quando autem numeri n,n\text{,} p−1p-1 habent divisorem communem (maximum) δ,δ\text{,} congruentiae nInd.⁡x≡0(mod.⁡p−1)n \operatorname{Ind.}x ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1} solutio completa erit Ind.⁡x≡0(mod.⁡p−1δ)\operatorname{Ind.}x ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu\frac{p-1}δ} (V. art. 29), i.e. Ind.⁡x\operatorname{Ind.}x secundum modulum p−1p-1 alicui ex his numeris 0,p−1δ,2(p−1)δ,3(p−1)δ,…(δ−1)(p−1)δ0, \enspace \frac{p-1}δ, \enspace \frac{2(p-1)}δ, \enspace \frac{3(p-1)}δ, … \frac{(δ-1)(p-1)}δ congruus esse debebit, sive δδ valores secundum modulum p−1p-1 incongruos habebit; quare etiam xx in hocce casu δδ valores diversos (secundum modulum pp incongruos) habebit. Hinc perspicitur, expressionem δ1\sqrt[δ]{}1 etiam δδ valores diversos habere, quorum indices cum ante allatis prorsus conveniant. Quocirca expressio δ1(mod.⁡p)\sqrt[δ]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) huic n1(mod.⁡p)\sqrt[n]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) omnino aequivalet, i.e. congruentia xδ≡1(mod.⁡p)x^δ ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} easdem radices habet quas haec, xn≡1(mod.⁡p).x^n ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} Prior autem inferioris erit gradus, siquidem δδ et nn sunt inaequales.

Ex. 151(mod.⁡19)\sqrt[15]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu19\right) tres habet valores, quia 33 maxima numerorum 15,15\text{,} 1818 mensura communis, hique simul erunt valores expressionis 31(mod.⁡19).\sqrt[3]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu19\right)\text{.} Sunt autem hi 1,1\text{,} 7,7\text{,} 11.11\text{.}

62.

Per hanc igitur reductionem id lucramur, ut alias congruentias formae xn≡1x^n ≡ 1 solvere non sit opus, quam ubi nn numeri p−1p-1 est divisor. Infra vero ostendemus, congruentias huius formae semper ulterius adhuc deprimi posse, licet praecedentia ad hoc non sufficiant. Unum tamen casum iam hic absolvere possumus, scilicet ubi n=2.n=2\text{.} Manifesto enim valores expressionis 21\sqrt[2]{}1 erunt +1+1 et −1-1 quia plures quam duos habere nequit, hique +1+1 et −1-1 semper sunt incongrui, nisi modulus sit =2,=2\text{,} in quo casu 21\sqrt[2]{}1 unum tantum valorem habere posse, per se clarum. Hinc sequitur, +1+1 et −1-1 etiam fore valores expressionis 2m1\sqrt[2m]{}1 quando mm ad p−12\frac{p-1}2 sit primus. Hoc semper eveniet, quoties modulus est eius indolis, ut p−12\frac{p-1}2 fiat numerus absolute primus (nisi forte p−1=2m,p-1 = 2m\text{,} in quo casu omnes numeri 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 sunt radices) ex. gr. quando p=3,p =3\text{,} 5,5\text{,} 7,7\text{,} 11,11\text{,} 23,23\text{,} 47,47\text{,} 59,59\text{,} 83,83\text{,} 107etc.⁡107 \operatorname{etc.} Tamquam corollarium hic annotetur, indicem ipsius −1-1 semper esse ≡p−12(mod.⁡p−1),≡ \frac{p-1}2 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{,} quaecunque radix primitiva pro basi accipiatur. Namque 2Ind.⁡(−1)≡0(mod.⁡p−1).2 \operatorname{Ind.}(-1) ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Quare Ind.⁡(−1)\operatorname{Ind.}(-1) erit vel ≡0,≡ 0\text{,} vel ≡p−12(mod.⁡p−1):≡ \frac{p-1}2 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{:} 00 vero semper index ipsius +1,+1\text{,} atque +1+1 et −1-1 semper indices diversos habere debent (praeter casum p=2p=2 ad quem hic respicere operae non est pretium).

63.

Ostendimus art. 60, expressionem nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) habere δδ valores diversos, aut omnino nullum, si fuerit δδ divisor communis maximus numerorum n,n\text{,} p−1.p-1\text{.} Iam uti modo docuimus nA\sqrt[n]{}A et δA\sqrt[δ]{}A aequivalentes esse, si fuerit A≡1,A ≡ 1\text{,} generalius probabimus, expressionem nA\sqrt[n]{}A semper ad aliam δB\sqrt[δ]{}B reduci posse, cui aequivaleat. Illius enim valore quocunque denotato per xx erit xn≡A;x^n ≡ A\text{;} iam sit tt valor quicunque expressionis δn(mod.⁡p−1),\frac δn \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{,} quam valores reales habere ex art. 31 perspicuum; eritque xtn≡At,x^{tn} ≡ A^t\text{,} at xtn≡xδx^{tn} ≡ x^δ propter tn=δ(mod.⁡p−1)tn = δ \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1} . Quare xδ≡Atx^δ ≡ A^t adeoque quicunque ipsius nA\sqrt[n]{}A valor erit etiam valor ipsius δAt.\sqrt[δ]{} A^t\text{.} Quoties igitur nA\sqrt[n]{}A valores reales habet, expressioni δAt\sqrt[δ]{}A^t prorsus aequivalens erit, quoniam illa neque alios habet quam haec neque pauciores, licet quando nA\sqrt[n]{}A nullum valorem realem habet, fieri tamen possit ut δAt\sqrt[δ]{}A^t valores reales habeat.

Ex. Si valores expressionis 212(mod.⁡31)\sqrt[21]{} 2 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu31\right) quaeruntur, erit numerorum 2121 et 3030 divisor communis maximus 3,3\text{,} expressionisque 321(mod.⁡30)\frac 3{21} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu30} valor aliquis 3,3\text{,} quare si 212\sqrt[21]{}2 valores reales habet, huic expressioni 323\sqrt[3]{}2^3 sive 38\sqrt[3]{}8 aequivalebit, invenieturque revera, posterioris expressionis valores, qui sunt 2,2\text{,} 10,10\text{,} 19,19\text{,} etiam priori satisfacere.

64.

Ne autem hanc operationem incassum suscepisse periclitemur, regulam investigare oportet, per quam statim diiudicari possit, utrum nA\sqrt[n]{}A valores reales admittat necne. Quodsi tabula indicum habetur, res in promtu est; namque ex art. 60 manifestum est, valores reales dari, si ipsius AA index, radice quacunque primitiva pro basi accepta, per δδ sit divisibilis, sin vero minus, non dari. Attamen hoc etiam absque tali tabula inveniri potest. Posito enim indice ipsius A=k,A=k\text{,} si hic fuerit per δδ divisibilis, erit k(p−1)δ\frac{k(p-1)}δ per p−1p-1 divisibilis et vice versa. Atqui numeri Ap−1δA^\frac{p-1}δ index erit k(p−1)δ.\frac{k(p-1)}δ\text{.} Quare si nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) habet valores reales, Ap−1δA^\frac{p-1}δ unitati congruus erit, sin minus, incongruus. Ita in exemplo art. praec. habetur 210=1024≡1(mod.⁡31)2^{10} = 1024 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu31} , unde concluditur 212(mod.⁡31)\sqrt[21]{} 2 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu31\right) valores reales habere. Similiter certiores hinc fimus, 2​​−​​1(mod.⁡p)\sqrt[2]{} \!\!-\!\! 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) semper valores binos reales habere, quando pp sit formae 4m+1,4m+1\text{,} nullum vero, quando pp sit formae 4m+3;4m+3\text{;} propter (−1)2m=1(-1)^{2m} = 1 et (−1)2m+1=−1.(-1)^{2m+1} = -1\text{.} Elegans hoc theorema, quod vulgo ita profertur: Si pp est numerus primus formae 4m+1,4m+1\text{,} inveniri potest quadratum aa,aa\text{,} ita ut aa+1aa+1 per pp fiat divisibilis; si vero pp est formae 4m−1,4m-1\text{,} tale quadratum non datur, hoc modo demonstratum est ab ill. Eulero, Comm. nov. Acad. Petrop. T. XVIII p. 112 ad annum 1773. Demonstrationem aliam iam multo ante dederat, Comm. nov. T. V p. 5, qui prodiit a. 1760. In dissert. priori, Comm. nov. T. IV p. 25, rem nondum perfecerat. Postea etiam ill. La Grange theorematis demonstrationem tradidit, Nouveaux Mém. de l'Ac. de Berlin A. 1775 p. 342. Aliam adhuc demonstrationem in sectione sequenti, ubi proprie de hoc argumento agendum erit, dabimus.

65.

Postquam omnes expressiones nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) ad tales reducere docuimus, ubi nn divisor numeri p−1,p-1\text{,} criteriumque nacti sumus, utrum valores reales admittat necne, tales expressiones nA(mod.⁡p),\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right)\text{,} ubi nn ipsius p−1p-1 est divisor, accuratius considerabimus. Primo ostendemus, quam relationem valores singuli expressionis inter se habeant, tum artificia quaedam trademus, quorum auxilio unus valor expressionis saepenumero inveniri possit.

Primo. Quando A≡1A ≡ 1 atque rr aliquis ex nn valoribus expressionibus n1(mod.⁡p),\sqrt[n]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right)\text{,} sive rn≡1(mod.⁡p),r^n ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} omnes etiam ipsius rr potestates erunt valores istius expressionis; horum autem totidem erunt diversi, quot unitates habet exponens, ad quem rr pertinet (art. 48). Quodsi igitur rr est valor ad exponentem nn pertinens, potestates ipsius rr hae r,r\text{,} r2,r^2\text{,} r3…rnr^3 … r^n (ubi loco ultimae unitas substitui potest) omnes expressionis n1(mod.⁡p)\sqrt[n]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) valores involvent. Qualia autem subsidia exstent ad tales valores inveniendos, qui ad exponentem nn pertineant, in Sect. VIII fusius explicabimus.

Secundo. Quando AA unitati est incongruus, unusque valor expressionis nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) notus, qui sit z,z\text{,} reliqui hoc modo inde deducuntur. Sint valores expressionis n1\sqrt[n]{}1 hi 1,r,r2…rn−11, r, r^2 … r^{n-1} (uti modo ostendimus), eruntque omnes expr. nA\sqrt[n]{}A valores hi z,zr,zr2…zrn−1z, zr, zr^2 … zr^{n-1} namque omnes hos congruentiae xn≡Ax^n ≡ A satisfacere inde manifestum, quod, posito quocunque eorum ≡zrk,≡ zr^k\text{,} potestas ipsius nta,n^\mathrm{ta}\text{,} xnrnk,x^nr^{nk}\text{,} propter rn≡1r^n ≡ 1 et zn≡A,z^n ≡ A\text{,} ipsi AA fit congrua: omnes diversos esse ex art. 23 facile intelligitur; plures autem valores quam hos, quorum numerus est n,n\text{,} expressio nA\sqrt[n]{}A habere nequit. Ita ex. gr. si alter expressionis 2A\sqrt[2]{}A valor est z,z\text{,} alter erit −z.-z\text{.} Denique hinc concludendum, omnes valores expr. nA\sqrt[n]{}A inveniri non posse, nisi simul omnes valores expr. n1\sqrt[n]{}1 constent.

66.

Secundum quod nobis proposueramus fuit docere, in quo casu unus expressionis nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) valor (ubi nn supponitur esse divisor ipsius p−1p-1) directe inveniri possit. Hoc evenit, quando aliquis valor potestati alicui ipsius AA congruus evadit, qui casus quum haud raro occurrat, aliquantum huic rei immorari non superfluum erit. Sit talis valor, si quis datur z,z\text{,} sive z≡Akz ≡ A^k et A≡zn(mod.⁡p).A ≡ z^n \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} Hinc colligitur A≡Akn;A ≡ A^{kn}\text{;} quare si numerus kk habetur, ita ut sit A≡Akn,A ≡ A^{kn}\text{,} AkA^k erit valor quaesitus. At huic conditioni aequivalet ista, ut sit 1≡kn(mod.⁡t),1 ≡ kn \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut}\text{,} designante tt exponentem, ad quem pertinet AA (art. 46, 48). Ut vero haec congruentia possibilis sit, requiritur, ut sit nn ad tt primus. Hoc in casu erit k≡1n(mod.⁡t);k ≡ \frac 1n \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut}\text{;} si vero tt et nn divisorem communem habent, nullus valor zz potestati ipsius AA congruus esse potest.

67.

Quum autem ad hanc solutionem ipsum tt novisse oporteat, videamus quomodo procedere possimus, si hunc numerum ignoremus. Primo facile intelligitur, tt ipsum p−1n\frac{p-1}n metiri debere, siquidem nA(mod.⁡p)\sqrt[n]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) valores reales habeat, uti hic semper supponimus. Sit enim quicunque valor y,y\text{,} eritque tum yp−1≡1,y^{p-1} ≡ 1\text{,} tum yn≡A(mod.⁡p);y^n ≡ A \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{;} quare elevando partes posterioris congruentiae ad potestatem p−1ntam,\frac{p-1}n^\mathrm{tam}\text{,} fiet Ap−1n≡1;A^\frac{p-1}n ≡ 1\text{;} adeoque p−1n\frac{p-1}n per tt divisibilis (art. 48). Iam si p−1n\frac{p-1}n ad nn est primus, congruentia art. praec. kn≡1kn ≡ 1 etiam secundum modulum p−1n\frac{p-1}n solvi poterit, manifestoque valor ipsius kk congruentiae secundum modulum hunc satisfaciens eidem etiam secundum modulum t,t\text{,} qui ipsum p−1n\frac{p-1}n metitur, satisfaciet (art. 5). Tum igitur quod quaerebatur inventum. Si vero p−1n\frac{p-1}n ad nn non est primus, omnes ipsius p−1n\frac{p-1}n factores primi qui simul ipsum nn metiuntur, ex p−1n\frac{p-1}n eiiciantur. Hinc nanciscemur numerum p−1nq,\frac{p-1}{nq}\text{,} ad nn primum, designante qq productum ex omnibus illis factoribus primis, quos eiecimus. Quodsi iam conditio ad quam in artic. praec. pervenimus ut tt ad nn sit primus, locum habet, tt etiam ad qq erit primus adeoque etiam ipsum p−1nq\frac{p-1}{nq} metietur. Quare si congruentia kn≡1(mod.⁡p−1nq)kn ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu\frac{p-1}{nq}} solvitur (quod fieri potest quia nn ad p−1nq\frac{p-1}{nq} primus), valor ipsius kk etiam secundum modulum tt congruentiae satisfaciet, id quod quaerebatur. Totum hoc artificium in eo versatur, ut numerus eruatur, qui ipsius t,t\text{,} quem ignoramus, vice fungi possit. Attamen probe meminisse oportet, nos, quando p−1n\frac{p-1}n ad nn non est primus, supposuisse conditionem art. praec. locum habere, quae si deficit omnes conclusiones erroneae erunt; atque si regulas datas temere sequendo pro zz valor invenitur, cuius potestas ntan^\mathrm{ta} ipsi AA non sit congrua, indicio hoc est, conditionem deficere adeoque methodum hanc omnino adhiberi non posse.

68.

Sed in hocce etiam casu saepe prodesse potest, hunc laborem suscepisse; operaeque pretium est, quomodo hic valor falsus ad veros sese habeat investigare. Supponamus itaque, numeros k,k\text{,} zz rite esse determinatos sed znz^n non esse ≡A(mod.⁡p).≡ A \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} Tum si modo valores expressionis nAzn(mod.⁡p)\sqrt[n]{} \frac A{z^n} \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mup\right) determinari possint, hos singulos per zz multiplicando valores ipsius nA\sqrt[n]{}A obtinebimus. Si enim vv est valor aliquis ipsius nAzn:\sqrt[n]{}\frac A{z^n}\text{:} erit (vz)n≡A.(vz)^n ≡ A\text{.} Sed expressio nAzn\sqrt[n]{}\frac A{z^n} eatenus hac nA\sqrt[n]{}A simplicior, quod Azn(mod.⁡p)\frac A{z^n} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} ad exponentem minorem plerumque pertinet quam A.A\text{.} Scilicet si numerorum t,t\text{,} qq divisor communis maximus est d,d\text{,} Azn(mod.⁡p)\frac A{z^n} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} ad exponentem dd pertinebit, id quod ita demonstratur. Substituto pro zz valore, fit Azn≡1Akn−1(mod.⁡p).\frac A{z^n} ≡ \frac 1{A^{kn-1}} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} At kn−1kn-1 per p−1nq\frac{p-1}{nq} divisibilis (art. praec.), p−1n\frac{p-1}n vero per tt (ibid.) sive p−1nd\frac{p-1}{nd} per td.\frac td\text{.} Atqui td\frac td ad qd\frac qd est primus (hyp.), quare etiam p−1nd\frac{p-1}{nd} per tqdd\frac{tq}{dd} sive p−1nq\frac{p-1}{nq} per td,\frac td\text{,} adeoque etiam kn−1kn-1 per td\frac td et (kn−1)d(kn-1)d per tt erit divisibilis. Hinc A(kn−1)d≡1(mod.⁡p).A^{(kn-1)d} ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} Unde facile deducitur, Azn\frac A{z^n} ad potestatem dtamd^\mathrm{tam} evectum unitati congruum fieri. Quod vero Azn\frac A{z^n} ad exponentem minorem quam dd pertinere non possit, facile quidem demonstrari potest, sed quoniam ad finem nostrum non requiritur, huic rei non immoramur. Certi igitur esse possumus, Azn(mod.⁡p)\frac A{z^n}\pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} semper ad minorem exponentem pertinere quam A,A\text{,} unico excepto casu, scilicet quando tt ipsum qq metitur, adeoque d=t.d=t\text{.}

Sed quid iuvat, quod Azn\frac A{z^n} ad minorem exponentem pertinet quam A?A\text{?} Plures numeri dantur, qui possunt esse A,A\text{,} quam qui possunt esse Azn,\frac A{z^n}\text{,} et quando secundum eundem modulum plures huiusmodi expressiones nA\sqrt[n]{}A evolvere occasio est, id lucramur, ut plures ex eodem fonte haurire possimus. Ita ex. gr. semper unicum saltem valorem expressionis 2A(mod.⁡29)\sqrt[2]{} A \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu29\right) determinare in potestate erit, si modo expressionis 2​​−​​1(mod.⁡29){\sqrt[2]{} \!\!-\!\!1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu29\right)} valores (qui sunt ±12±12) innotuerint. Facile enim ex art. praec. perspicitur, huiusmodi expressionum unum valorem semper directe determinari posse, quando tt impar, et dd fieri =2,= 2\text{,} quando tt par; praeter −1-1 autem nullus numerus ad exponentem 22 pertinet.

Exempla. Quaeritur 331(mod.⁡37).\sqrt[3]{} 31 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu37\right)\text{.} Hic p−1=36,p-1 = 36\text{,} n=3,n = 3\text{,} p−13=12,\frac{p-1}3 = 12\text{,} adeoque q=3:q=3\text{:} debet igitur esse 3k≡1(mod.⁡4)3k ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu4} quod obtinetur ponendo k=3.k = 3\text{.} Hinc z≡313(mod.⁡37)≡6,z ≡ 31^3 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu37} ≡ 6\text{,} inveniturque revera 63≡31(mod.⁡37).6^3 ≡ 31 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu37}\text{.} Si valores expressionis 31(mod.⁡37)\sqrt[3]{} 1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu37\right) sunt noti, etiam reliqui expr. 36\sqrt[3]{}6 valores determinari possunt. Sunt vero illi 1,1\text{,} 10,10\text{,} 26,26\text{,} per quos multiplicando ipsum 6,6\text{,} prodeunt reliqui ≡23≡ 23 et 8.8\text{.}

Si autem quaeritur valor expr. 23(mod.⁡37),\sqrt[2]{} 3 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu37\right)\text{,} erit n=2,n=2\text{,} p−1n=18;\frac{p-1}n = 18\text{;} adeoque q=2.q=2\text{.} Hinc debet esse 2k≡1(mod.⁡9),2k ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu9}\text{,} unde fit k≡5(mod.⁡9).k ≡ 5 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu9}\text{.} Quare z≡35≡21(mod.⁡37);z ≡ 3^5 ≡ 21 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu37}\text{;} at 21221^2 non ≡3,≡ 3\text{,} sed ≡34;≡ 34\text{;} est autem 334(mod.⁡37)≡−1,\frac 3{34} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu37} ≡ -1\text{,} 2​​−​​1(mod.⁡37)≡±6;\sqrt[2]{} \!\!-\!\!1 \left(\operatorname{mod.} \mkern 6mu37\right) ≡ ±6\text{;} unde obtinentur valores veri ±6.⁡21≡±15.± 6 \operatorname{.}21 ≡ ± 15\text{.}

Haec fere sunt, quae hic de talium expressionum evolutione tradere licuit. Palam est, methodos directas satis prolixas saepe evasuras: at hoc incommodum tantum non omnibus methodis directis in numerorum theoria incumbit: neque ideo negligendum censuimus, quantum hic praestare valeant ostendere. Etiam hic observare convenit, artificia particularia quae exercitato haud raro se offerunt sigillatim explicare, non esse instituti nostri.

Nexus indicum in systematibus diversis.

69.

Revertimur nunc ad radices quas diximus primitivas. Ostendimus, radice primitiva quacunque pro basi assumta omnes numeros, quorum indices ad p−1p-1 primi, etiam fore radices primitivas, nullosque praeter hos: unde simul radicum primitivarum multitudo sponte innotescit. V. art. 53. Quamnam autem radicem primitivam pro basi adoptare velimus, in genere arbitrio nostro relinquitur; unde intelligitur, etiam hic, ut in calculo logarithmico, plura quasi systemata dari posse,In eo autem differunt, quod in logarithmis systematum numerus est infinitus, hic vero tantus, quantus numerus radicum primitivarum. Manifesto enim bases congruae idem systema generant.

quae quo vinculo connexa sint videamus. Sint a,a\text{,} bb duae radices primitivae, aliusque numerus m,m\text{,} atque, quando aa pro basi assumitur, index numeri b≡β,b ≡ β\text{,} numeri mm vero index ≡μ(mod.⁡m−1);≡ μ \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mum-1}\text{;} quando autem bb pro basi assumitur, index numeri a≡α,a ≡ α\text{,} numeri mm vero ≡ν(mod.⁡p−1).≡ ν \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Tum erit αβ≡1(mod.⁡p−1);αβ ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{;} namque aβ≡b,a^β ≡ b\text{,} quare aαβ≡bα≡a(mod.⁡p),a^{αβ} ≡ b^α ≡ a \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} (hyp.), hinc αβ≡1(mod.⁡p−1).αβ ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Per simile ratiocinium invenitur ν≡αμ,ν ≡ αμ\text{,} atque μ≡βν(mod.⁡p−1).μ ≡ βν \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{.} Si igitur tabella indicum pro basi aa constructa habetur, facile in aliam converti potest, ubi bb basis. Si enim pro basi aa ipsius bb index est ≡β,≡β\text{,} pro basi bb ipsius aa index erit ≡1β(mod.⁡p−1),≡ \frac 1β \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{,} multiplicandoque per hunc numerum omnes tabellae indices, habebuntur omnes indices pro basi b.b\text{.}

70.

Quamvis autem plures indices numero dato contingere possint, aliis aliisque radicibus primitivis pro basi acceptis, omnes tamen in eo convenient, quod omnes eundem divisorem maximum cum p−1p-1 communem habebunt. Si enim pro basi a,a\text{,} index numeri dati est m,m\text{,} pro basi bb vero n,n\text{,} atque divisores maximi his cum p−1p-1 communes μ,μ\text{,} νν supponuntur esse inaequales, alter erit maior, ex. gr. μ>ν,μ>ν\text{,} adeoque μμ ipsum nn non metietur. At designato indice ipsius a,a\text{,} quando bb pro basi assumitur, per α,α\text{,} erit (art. praec.) n≡αm(mod.⁡p−1)n ≡ αm \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1} adeoque μμ etiam ipsum nn metietur. Q.E.A.

Hunc divisorem maximum indicibus numeri dati, ipsique p−1p-1 communem, a basi non pendere, etiam inde perspicuum, quod aequalis est ipsi p−1t,\frac{p-1}t\text{,} designante tt exponentem ad quem numerus, de cuius indicibus agitur, pertinet. Si enim index pro basi quacunque est k,k\text{,} erit tt minimus numerus per quem kk multiplicatus ipsius p−1p-1 multiplum evadit (excepta cifra) vid. artt. 48, 58, sive minimus valor expressionis 0k(mod.⁡p−1)\frac 0k \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1} praeter cifram; hunc autem aequalem esse divisori maximo communi numerorum kk et p−1p-1 ex art. 29 nullo negotio derivatur.

71.

Porro facile demonstratur, basin ita semper accipere licere, ut numerus ad exponentem tt pertinens indicem quemlibet datum nansiscatur, cuius quidem maximus divisor cum p−1p-1 communis =p−1t.= \frac{p-1}t\text{.} Designemus hunc brevitatis gratia per d,d\text{,} sitque index propositus ≡dm,≡ dm\text{,} numerique propositi, quando quaelibet radix primitiva aa pro basi accipitur, index ≡dn,≡ dn\text{,} eruntque m,m\text{,} nn ad p−1d\frac{p-1}d sive ad tt primi. Tum si εε est valor expressionis dndm(mod.⁡p−1),\frac{dn}{dm}\pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{,} simulque ad p−1p-1 primus, erit aεa^ε radix primitiva, qua pro basi accepta numerus propositus indicem dmdm adipiscetur (erit enim aεdm≡adn≡a^{εdm} ≡ a^{dn} ≡ numero proposito), id quod desiderabatur. Sed expressionem dndm(mod.⁡p−1)\frac{dn}{dm} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1} valores ad p−1p-1 primos admittere, ita probatur. Aequivalet illa expressio huic: nm(mod.⁡p−1d)\frac nm \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu\frac{p-1}d} sive nm(mod.⁡t)\frac nm \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut} vid. art. 31, 2, eruntque omnes eius valores ad tt primi; si enim aliquis valor ee divisorem cum tt communem haberet, hic divisor etiam ipsum meme metiri deberet, adeoque etiam ipsum n,n\text{,} cui meme secundum tt congruus, contra hypoth., ex qua nn ad tt primus. Quando igitur omnes divisores primi ipsius p−1p-1 etiam ipsum tt metiuntur, omnes expr. nm(mod.⁡t)\frac nm \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut} valores ad p−1p-1 primi erunt multitudoque eorum =d;=d\text{;} quando autem p−1p-1 alios adhuc divisores primos, f,f\text{,} g,g\text{,} hetc.⁡h \operatorname{etc.} implicat, ipsum tt non metientes, ponatur valor quiconque expr. nm(mod.⁡t)≡e.\frac nm \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mut} ≡ e\text{.} Tum autem quia omnes t,t\text{,} ff g,g\text{,} hetc.⁡h \operatorname{etc.} inter se primi, inveniri potest numerus ε,ε\text{,} qui secundum tt ipsi e,e\text{,} secundum f,f\text{,} g,g\text{,} hetc.⁡h \operatorname{etc.} vero numeris quibuscunque ad hos respective primis fiat congruus (art. 32). Talis itaque numerus per nullum factorem primum ipsius p−1p-1 divisibilis adeoque ad p−1p-1 primus erit, uti desiderabatur. Tandem haud difficile ex combinationum theoria deducitur, talium valorum multitudinem fore =p−1.⁡f−1.⁡g−1.⁡h−1.⁡etc.⁡t.⁡f.⁡g.⁡g.⁡h.⁡etc.⁡;= \frac{p-1 \operatorname{.}f-1 \operatorname{.}g-1 \operatorname{.}h-1 \operatorname{.}\operatorname{etc.}}{t \operatorname{.}f \operatorname{.}g \operatorname{.}g \operatorname{.}h \operatorname{.}\operatorname{etc.}}\text{;} sed ne digressio haec in nimiam molem excrescat, demonstrationem, quum ad institutum nostrum non sit adeo necessaria, omittimus.

Bases usibus peculiaribus accommodatae.

72.

Quamvis in genere prorsus arbitrarium sit, quaenam radix primitiva pro basi adoptetur, interdum tamen bases aliae prae aliis commoda quaedam peculiaria praebere possunt. In tabula I semper numerum 1010 pro basi assumsimus, quando fuit radix primitiva; alioquin basin ita semper determinavimus, ut numeri 1010 index evaserit quam minimus, i.e. =p−1t= \frac{p-1}t denotante tt exponentem, ad quem 1010 pertinuit. Quid vero hinc lucremur, in Sect. VI ostendemus, ubi eadem tabula ad alios adhuc usus adhibebitur. Sed quoniam etiam hic aliquid arbitrarii remanere potest, ut ex art. praec. apparet: ut aliquid certi statueremus, ex omnibus radicibus primitivis quaesitum praestantibus minimam semper pro basi elegimus. Ita pro p=73,p=73\text{,} ubi t=8t=8 atque d=9,d=9\text{,} aεa^ε habet 72.⁡28.⁡3\frac{72 \operatorname{.}2}{8 \operatorname{.}3} i.e. 66 valores, qui sunt 5,5\text{,} 14,14\text{,} 20,20\text{,} 28,28\text{,} 39,39\text{,} 40.40\text{.} Assumsimus itaque minimum 55 pro basi.

Methodus radices primitivas assignandi.

73.

Methodi radices primitivas inveniendi maximam partem tentando innituntur. Si quis ea quae art. 55 docuimus cum iis quae infra de solutione congruentiae xn≡1x^n ≡ 1 trademus confert, omnia fere, quae per methodos directas effici possunt, habebit. Ill. Euler confitetur, Opusc. Analyt. T. I. p. 152, maxime difficile videri, hos numeros assignare, eorumque indolem ad profundissima numerorum mysteria esse referendam. At tentando satis expedite sequenti modo determinari possunt. Exercitatus operationis prolixitati per multifaria artificia particularia succurrere sciet: haec vero per usum multo citius quam per praecepta ediscuntur.

10. Assumatur ad libitum numerus ad pp (ita semper modulum designamus) primus, a,a\text{,} (plerumque ad calculi brevitatem conducit, si quam minimum accipimus, ex. gr. numerum 22) determineturque eius periodus (art. 46), i.e. residua minima ipsius potestatum, donec ad potestatem ata^t perveniatur, cuius residuum minimum sit 1.1\text{.}Quisquis sponte perspiciet, non opus esse has potestates ipsas novisse, quum cuiusvis residuum minimum facile ex residuo minimo potestatis praecedentis obtineri possit.

Iam si fuerit t=p−1,t=p-1\text{,} aa est radix primitiva.

20. Si vero t<p−1,t<p-1\text{,} accipiatur alius numerus bb in periodo ipsius aa non contentus, investigeturque simili modo huius periodus. Designato exponente ad quem bb pertinet per u,u\text{,} facile perspicitur uu neque ipsi tt aequalem neque ipsius partem aliquotam esse posse, in utroque enim casu fieret bt≡1,b^t ≡ 1\text{,} quod esse nequit, quum periodus ipsius aa omnes numeros amplectatur, quorum potestas exponentis tt unitati congrua (art. 53). Quodsi uu fuerit =p−1,=p-1\text{,} erit bb radix primitiva; si vero uu non quidem =p−1,=p-1\text{,} sed tamen multiplum ipsius t,t\text{,} id lucrati sumus, ut numerus constet ad exponentem maiorem pertinens, adeoque scopo nostro, qui est invenire numerum ad exponentem maximum pertinentem, propiores iam simus. Si vero uu neque =p−1,=p-1\text{,} neque ipsius tt multiplum, tamen numerum invenire possumus ad exponentem ipsis t,t\text{,} uu maiorem pertinentem, nempe ad exponentem minimo dividuo communi numerorum t,t\text{,} uu aequalem. Sit hic =y,=y\text{,} resolvaturque yy ita in duos factores inter se primos, m,m\text{,} n,n\text{,} ut alter ipsum t,t\text{,} alter ipsum uu metiatur.Quomodo hoc fieri possit ex art. 18 haud difficulter derivatur. Resolvatur yy in factores tales, qui sint aut numeri primi diversi aut numerorum primorum diversorum potestates. Horum quisque alterutrum numerorum t,t\text{,} uu metietur (sive etiam utrumque). Adscribantur singuli aut numero tt aut numero u,u\text{,} prout illum aut hunc metiuntur: quando aliquis utrumque metitur, arbitrarium est, cui adscribatur: productum ex iis qui ipsi tt adscripti sunt, sit =m,=m\text{,} productum e reliquis =n,=n\text{,} facileque perspicietur mm ipsum t,t\text{,} nn ipsum uu metiri, atque esse mn=y.mn = y\text{.}

Tum fiat potestas tmta\frac tm^\mathrm{ta} ipsius a,a\text{,} ≡A,≡ A\text{,} potestas unta\frac un^\mathrm{ta} ipsius b,b\text{,} ≡B(mod.⁡p),≡ B \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} eritque productum ABAB numerus ad exponentem yy pertinens; facile enim intelligitur, AA ad exponentem m,m\text{,} BB ad exponentem nn pertinere; adeoque productum ABAB ad mnmn pertinebit, quia m,m\text{,} nn inter se sunt primi, id quod prorsus eodem modo uti in art. 55, II processimus probari poterit.

30. Iam si y=p−1,y=p-1\text{,} ABAB erit radix primitiva; sin minus, simili modo ut antea alius numerus adhibendus erit, in periodo ipsius ABAB non occurrens; eritque hic aut radix primitiva, aut pertinebit ad exponentem ipso yy maiorem, aut certe ipsius auxilio (uti ante) numerus ad exponentem ipso yy maiorem pertinens inveniri poterit. Quum igitur numeri qui per repetitionem huius operationis prodeunt, ad exponentes continuo crescentes pertineant, manifestum est tandem numerum inventum iri, qui ad exponentem maximum pertineat, i.e. radicem primam, q.e.f.

74.

Per exemplum praecepta haec clariora fient. Sit p=73,p=73\text{,} pro quo radix primitiva quaeratur. Tentemus primo numerum 2,2\text{,} cuius periodus prodit haec:

1.1\text{.} 2.2\text{.} 4.4\text{.} 8.8\text{.} 16.16\text{.} 32.32\text{.} 64.64\text{.} 55.55\text{.} 37.37\text{.} 11 etc.⁡\operatorname{etc.}
0.0\text{.} 1.1\text{.} 2.2\text{.} 3.3\text{.} 4.4\text{.} 5.5\text{.} 6.6\text{.} 7.7\text{.} 8.8\text{.} 9.9\text{.} etc.⁡\operatorname{etc.}

Quum igitur iam potestas exponentis 99 unitati congrua fiat, 22 non est radix primitiva. Tentetur alius numerus in periodo ipsius 22 non occurrens ex. gr. 3,3\text{,} cuius periodus est haec:

1.1\text{.} 3.3\text{.} 9.9\text{.} 27.27\text{.} 8.8\text{.} 24.24\text{.} 72.72\text{.} 70.70\text{.} 64.64\text{.} 46.46\text{.} 65.65\text{.} 49.49\text{.} 11 etc.⁡\operatorname{etc.}
0.0\text{.} 1.1\text{.} 2.2\text{.} 3.3\text{.} 4.4\text{.} 5.5\text{.} 6.6\text{.} 7.7\text{.} 8.8\text{.} 9.9\text{.} 10.10\text{.} 11.11\text{.} 1212 etc.⁡\operatorname{etc.}

Quare neque 33 est radix primitiva. Exponentium autem ad quos 2,2\text{,} 33 pertinent, (i.e. numerorum 9,9\text{,} 1212) dividuus communis minimus est 36,36\text{,} qui in factores 99 et 44 ad praecepta art. praec. resolvitur. Evehendus itaque 22 ad potestatem exponentis 99\frac 99, i.e. numerus 22 ipse retinendus; 33 autem ad potestatem exponentis 3:3\text{:} productum ex his est 54,54\text{,} quod itaque ad exponentem 3636 pertinebit. Si denique ipsius 5454 periodus computatur numerusque in hac non contentus ex. gr. 55 denuo tentatur, hunc esse radicem primitivam, reperietur.

Theoremata varia de periodis et radicibus primitivis.

75.

Antequam hoc argumentum deseramus, propositiones quasdam trademus, quae ob simplicitatem suam attentione haud indignae videntur.

Productum ex omnibus terminis periodi numeri cuiusvis est ≡1,≡ 1\text{,} quando ipsorum multitudo, sive exponens ad quem numerus pertinet, est impar, et ≡−1,≡ -1\text{,} quando ille exponens est par.

Ex. Pro modulo 1313 periodus numeri 55 constat ex his terminis 1,1\text{,} 5,5\text{,} 12,12\text{,} 88 quorum productum 480≡−1(mod.⁡13).480 ≡ -1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu13}\text{.}

Secundum eundem modulum periodus numeri 33 constat e terminis 1,1\text{,} 3,3\text{,} 99 quorum productum 27≡1(mod.⁡13).27 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu13}\text{.}

Demonstr. Sit exponens, ad quem numerus pertinet, t,t\text{,} atque index numeri, p−1t,\frac{p-1}t\text{,} id quod si basis rite determinatur, semper fieri potest (art. 71). Tum index producti ex omnibus periodi terminis erit ≡(1+2+3+etc.⁡+t−1)p−1t=(t−1)(p−1)2 ≡ (1+2+3+ \operatorname{etc.}+ t-1)\frac{p-1}t = \frac{(t-1)(p-1)}2 i.e. ≡0(mod.⁡p−1),≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{,} quando tt impar, et ≡p−12,≡ \frac{p-1}2\text{,} quando tt par; hinc in priori casu productum illud ≡1(mod.⁡p);≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{;} in posteriori vero ≡−1(mod.⁡p),≡ -1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} (art. 62). Q.E.D.

76.

Si numerus iste in theor. praecedente est radix primitiva, eius periodus omnes numeros 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−13 … p-1 comprehendet, quorum productum itaque semper ≡−1≡ -1 (namque p−1p-1 semper par, unico casu p=2p=2 excepto in quo −1-1 et +1+1 aequivalent). Theorema hoc elegans quod ita enunciari solet: productum ex omnibus numeris numero primo dato minoribus, unitate auctum per hunc primum est divisibile, primum a cel. Waring est prolatum armigeroque Wilson adscriptum, Meditt. algebr. Ed. 3. p. 380. Sed neuter demonstrare potuit, et cel. Waring fatetur demonstrationem eo difficiliorem videri, quod nulla notatio fingi possit, quae numerum primum exprimat.— At nostro quidem iudicio huiusmodi veritates ex notionibus potius quam ex notationibus hauriri debebant. Postea ill. La Grange demonstrationem dedit, Nouv. Mém. de l'Ac. de Berlin, 1771. Innititur ea considerationi coëfficientium ex evolutione producti x+1.⁡x+2.⁡x+3…x+p−1x+1 \operatorname{.}x+2 \operatorname{.}x+3 … x+p-1 oriundorum. Scilicet posito hoc producto ≡xp−1+Axp−2+Bxp−3+etc.⁡+Mx+N≡ x^{p-1} + Ax^{p-2} + Bx^{p-3} + \operatorname{etc.}+ Mx + N coëfficientes A,A\text{,} Betc.⁡B \operatorname{etc.} MM per pp erunt divisibiles, NN vero erit =1.⁡2.⁡3…p−1.=1 \operatorname{.}2 \operatorname{.}3 … p-1\text{.} Iam pro x=1,x=1\text{,} productum per pp divisibile; tunc autem erit ≡1+N(mod.⁡p);≡ 1 + N \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{;} quare necessario 1+N1+N per pp dividi poterit.

Denique ill. Euler in Opusc. analyt. T. I. p. 329 demonstrationem dedit, cum ea quam nos hic exposuimus conspirantem. Quodsi tales viri theorema hoc meditationibus suis non indignum censuerunt, non improbatum iri speramus, si aliam adhuc demonstrationem apponimus.

77.

Quando secundum modulum p,p\text{,} productum duorum numerorum a,a\text{,} bb unitati est congruum, numeros a,a\text{,} bb cum ill. Euler socios vocemus. Tum secundum sect. praec. quivis numerus positivus ipso pp minor socium habebit positivum ipso pp minorem et quidem unicum. Facile autem probari potest ex numeris 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1;3 … p-1\text{;} 11 et p−1p-1 esse unicos qui sibi ipsis sint socii: numeri enim sibi ipsis socii, radices erunt congruentiae xx≡1;xx ≡ 1\text{;} quae quoniam est secundi gradus, plures quam duas radices, i.e. alias quam 11 et p−1p-1 habere nequit. Abiectis itaque his numerorum reliquorum 2,2\text{,} 3…p−23 … p-2 bini semper erunt associati; quare productum ex ipsis erit ≡1≡1 adeoque productum ex omnibus 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} ≡p−1≡ p-1 sive ≡−1.≡ -1\text{.} Q.E.D.

Ex. gr. pro p≡13p ≡ 13 numeri 2,2\text{,} 3,3\text{,} 4…114 … 11 ita associantur: 22 cum 7;7\text{;} 33 cum 9;9\text{;} 44 cum 10;10\text{;} 55 cum 8;8\text{;} 66 cum 11;11\text{;} scilicet 2.⁡7≡1;2 \operatorname{.}7 ≡ 1\text{;} 3.⁡9≡1etc.⁡3 \operatorname{.}9 ≡ 1 \operatorname{etc.} Hinc 2.⁡3.⁡4…11≡1;2 \operatorname{.}3 \operatorname{.}4 … 11 ≡ 1\text{;} adeoque 1.⁡2.⁡3…12≡−1.1 \operatorname{.}2 \operatorname{.}3 … 12 ≡ -1\text{.}

78.

Potest autem theorema Wilsonianum generalius sic proponi. Productum ex omnibus numeris, numero quocunque dato AA minoribus simulque ad ipsum primis, congruum est secundum AA unitati vel negative vel positive sumtae. Negative sumenda est unitas, quando AA est formae pm,p^m\text{,} aut huiusce 2pm,2p^m\text{,} designante pp numerum primum a 22 diversum, insuperque quando A=4;A = 4\text{;} positive autem in omnibus casibus reliquis. Theorema, quale a cel. Wilson est prolatum, sub casu priori continetur.— Ex. gr. pro A=15A = 15 productum e numeris 1,1\text{,} 2,2\text{,} 4,4\text{,} 7,7\text{,} 8,8\text{,} 11,11\text{,} 13,13\text{,} 1414 est ≡1(mod.⁡15).≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu15}\text{.} Demonstrationem brevitatis gratia non adiungimus: observamus tantum, eam simili modo perfici posse ut in art. praec., excepto quod congruentia xx≡1xx ≡ 1 plures quam duas radices habere potest, quae considerationes quasdam peculiares postulant. Posset etiam demonstratio ex consideratione indicum peti, similiter ut in art. 75, si ea quae mox de modulis non primis trademus, conferantur.

79.

Revertimur ad enumerationem aliarum propositionum (art. 75).

Summa omnium terminorum periodi numeri cuiusvis est ≡0≡0, uti in ex. art. 75, 1+5+12+8=26≡0(mod.⁡13).1+5+12+8=26≡0\pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu13}\text{.}

Dem. Numerus de cuius periodo agitur, sit =a,=a\text{,} atque exponens ad quem pertinet, =t,=t\text{,} eritque summa terminorum omnium periodi, ≡1+a+aa+a3+etc.⁡+at−1≡at−1a−1(mod.⁡p)≡ 1 + a + aa + a^3 + \operatorname{etc.}+ a^{t-1} ≡ \frac{a^t - 1}{a-1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup} At at−1≡0:a^t - 1 ≡ 0\text{:} quare summa haec semper erit ≡0≡ 0 (art. 22), nisi forte a−1a-1 per pp sit divisibilis, sive a≡1;a ≡ 1\text{;} hunc igitur casum excipere oportet, si vel unum terminum periodum vocare velimus.

80.

Productum ex omnibus radicibus primitivis est ≡1≡ 1, excepto unico casu, p=3;p=3\text{;} tum enim una tantum datur radix primitiva, 2.2\text{.}

Demonstr. Si radix primitiva quaecunque pro basi assumitur, indices radicum omnium primitivarum erunt numeri ad p−1p-1 primi simulque ipso minores. At horum numerorum summa, i.e. index producti ex omnibus radicibus primitivis, est ≡0(mod.⁡p−1)≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1} adeoque productum ≡1(mod.⁡p);≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{;} facile enim perspicitur, si kk fuerit numerus ad p−1p-1 primus, etiam p−1−kp-1-k ad p−1p-1 primum fore adeoque binos numeros ad p−1p-1 primos summam constituere per p−1p-1 divisibilem; (kk autem ipsi p−1−kp-1-k numquam aequalis esse potest, praeter casum, p−1=2,p-1 = 2\text{,} sive p=3,p=3\text{,} quem excepimus; manifesto enim p−12\frac{p-1}2 in onmibus reliquis casibus ad p−1p-1 non est primus).

81.

Summa omnium radicum primitivarum est aut ≡0≡ 0 (quando p−1p-1 per quadratum aliquod est divisibilis), aut ≡±1(mod.⁡p),≡ ± 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} (quando p−1p-1 est productum e numeris primis inaequalibus; quorum multitudo si est par signum positivum, si vero impar, negativum sumendum).

Ex. 10 pro p=13,p=13\text{,} habentur radices primitivae 2,2\text{,} 6,6\text{,} 7,7\text{,} 11,11\text{,} quarum summa 26≡0(mod.⁡13).26 ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu13}\text{.}

20 pro p=11,p=11\text{,} radices primitivae sunt 2,2\text{,} 6,6\text{,} 7,7\text{,} 88 quarum summa 23≡+1(mod.⁡11).23 ≡ +1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu11}\text{.}

30 pro p=31,p=31\text{,} radices primitivae sunt 3,3\text{,} 11,11\text{,} 12,12\text{,} 13,13\text{,} 17,17\text{,} 21,21\text{,} 22,22\text{,} 24,24\text{,} quarum summa 123≡−1(mod.⁡31).123 ≡ -1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu31}\text{.}

Demonstr. Supra demonstravimus (art. 55, II), si p−1p-1 fuerit =aαbβcγetc.⁡= a^αb^βc^γ \operatorname{etc.} (designantibus a,a\text{,} b,b\text{,} cetc.⁡c \operatorname{etc.} numeros primos inaequales) atque A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} numeri quicunque ad exponentes aα,a^α\text{,} bβ,b^β\text{,} cγetc.⁡c^γ \operatorname{etc.} respective pertinentes, omnia producta ABCetc.⁡ABC \operatorname{etc.} exhibere radices primitivas. Facile vero etiam demonstrari potest, quamvis radicem primitivam per huiusmodi productum exhiberi posse et quidem unico tantum modo.Determinentur scilicet numeri 𝔞,𝔞\text{,} 𝔟,𝔟\text{,} 𝔠etc.⁡𝔠 \operatorname{etc.} ita, ut sit 𝔞≡1(mod.⁡aα)𝔞 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mua^α} et ≡0(mod.⁡bβcγetc.⁡);≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mub^β c^γ \operatorname{etc.}}\text{;} 𝔟≡1(mod.⁡bβ)𝔟 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mub^β} et ≡0(mod.⁡aαcγetc.⁡)≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mua^α c^γ \operatorname{etc.}} (vid. art. 32), unde fiet 𝔞+𝔟+𝔠+etc.⁡≡1(mod.⁡p−1),𝔞+𝔟+𝔠+\operatorname{etc.}≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{,} (art. 19). Iam si radix primitiva quaecunque, r,r\text{,} per productum ABCetc.⁡ABC \operatorname{etc.} exhiberi debet, accipiatur A≡r𝔞,A≡r^𝔞\text{,} B≡r𝔟,B≡r^𝔟\text{,} C≡r𝔠etc.⁡,C ≡ r^𝔠 \operatorname{etc.}\text{,} atque pertinebunt AA ad exponentem aα,a^α\text{,} BB ad exponentem bβetc.⁡;b^β \operatorname{etc.}\text{;} productum ex omnibus A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} erit ≡r(mod.⁡p),≡ r \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} denique facile perspicitur A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} alio modo determinari non posse.

Unde sequitur haec producta loco ipsarum radicum primitivarum accipi posse. At quoniam in his productis omnes valores ipsius AA cum omnibus ipsius Betc.⁡B \operatorname{etc.} combinari oportet, omnium horum productorum summa aequalis est producto ex summa omnium valorum ipsius A,A\text{,} in summam omnium valorum ipsius B,B\text{,} in summam omnium valorum ipsius Cetc.⁡C \operatorname{etc.} uti ex doctrina combinationum notum est. Designentur omnes valores ipsorum A;A\text{;} Betc.⁡,B \operatorname{etc.}\text{,} per A,A\text{,} A′,A'\text{,} A′′etc.⁡;A'' \operatorname{etc.}\text{;} B,B\text{,} B′,B'\text{,} B′′etc.⁡etc.⁡,B'' \operatorname{etc.}\operatorname{etc.}\text{,} eritque summa omnium radicum primitivarum ≡(A+A′+etc.⁡)(B+B′+etc.⁡)etc.⁡ ≡ (A + A' + \operatorname{etc.})(B+B'+\operatorname{etc.})\operatorname{etc.} Iam dico, si exponens αα fuerit =1,=1\text{,} summam A+A′+A′′etc.⁡A+A'+A'' \operatorname{etc.} fore ≡−1(mod.⁡p),≡ -1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} si vero αα fuerit >1,>1\text{,} summam hanc fore ≡0,≡0\text{,} similiterque de reliquis β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} Simulac haec erunt demonstrata, theorematis nostri veritas manifesta erit. Quando enim p−1p-1 per quadratum aliquod divisibilis est, aliquis exponentium α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} unitatem superabit, adeoque aliquis factorum, quorum producto congrua est summa omnium radicum primitivarum, erit ≡0,≡ 0\text{,} et proin etiam productum ipsum: quando vero p−1p-1 per nullum quadratum dividi potest, omnes exponentes α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} erunt =1,=1\text{,} unde summa omnium radicum primitivarum congrua erit producto ex tot factoribus, quorum quisque ≡−1,≡ -1\text{,} quot habentur numeri a,a\text{,} b,b\text{,}cetc.⁡,c \operatorname{etc.}\text{,} adeoque erit ≡±1,≡±1\text{,} prout horum numerorum multitudo par vel impar. Illa autem ita probantur.

10. Quando α=1α=1 atque AA numerus ad exponentem aa pertinens, reliqui numeri ad hunc exponentem pertinentes erunt A2,A^2\text{,} A3…Aa−1.A^3 … A^{a-1}\text{.} At 1+A+A2+A3…+Aa−11+A+A^2+A^3 … +A^{a-1} est summa periodi completae, adeoque ≡0≡ 0 (art. 79), quare A+A2+A3…+Aa−1≡−1A+A^2+A^3 … +A^{a-1} ≡ -1

20. Quando autem α>1,α>1\text{,} atque AA numerus ad exponentem aαa^α pertinens, reliqui numeri ad hunc exponentem pertinentes habebuntur, si ex his A2,A^2\text{,} A3,A^3\text{,} A4…Aaα−1A^4 … A^{a^α-1} reiiciuntur Aa,A^a\text{,} A2a,A^{2a}\text{,} A3aetc.⁡,A^{3a} \operatorname{etc.}\text{,} vid art. 53; quare summa eorum erit ≡1+A+A2…+Aaα−1−(1+Aa+A2a…+Aaα−a)≡ 1 + A + A^2 … + A^{a^α-1} - (1 + A^a + A^{2a} … + A^{a^α-a}) i.e. congrua differentiae duarum periodorum, adeoque ≡0.≡ 0\text{.} Q.E.D.

De modulis qui sunt numerorum primorum potestates.

82.

Omnia quae hactenus exposuimus innituntur suppositioni, modulum esse numerum primum. Superest ut eum quoque casum consideremus, ubi pro modulo assumitur numerus compositus. Attamen quum hic neque proprietates tam elegantes eniteant, quam in casu priori, neque ad eas inveniendas artificiis subtilibus sit opus, sed potius omnia fere per solam principiorum praecedentium applicationem erui possint, omnes minutias hic exhaurire superfluum atque taediosum foret. Breviter itaque quae huic casui cum priori sint communia quaeque propria exponemus.

83.

Propositiones artt. 45–48 generaliter iam sunt demonstratae. At prop. art. 49 ita immutari debet:

Si ff designat, quot numeri dentur ad mm primi simul ipso mm minores, i.e. si f=φmf = φm (art. 38): exponens tt infimae potestatis numeri dati aa ad mm primi, quae secundum modulum mm unitati est congrua, vel erit =f=f vel pars aliquota huius numeri.

Demonstratio prop. art. 49 etiam pro hoc casu valere potest, si modo ubique loco ipsius p,p\text{,} m,m\text{,} loco ipsius p−1,p-1\text{,} f,f\text{,} et loco numerorum 1,1\text{,} 2,2\text{,} 3…p−1,3 … p-1\text{,} numeri ad mm primi simulque ipso mm minores substituantur. Huc itaque lectorem ablegamus. Ceterum demonstrationes reliquae de quibus illic locuti sumus (artt. 50, 51), non sine multis ambagibus ad hunc casum applicari possunt.— At respectu propositionum sequentium, art. 52 sqq. magna differentia incipit inter modulos, qui numerorum primorum sunt potestates, eosque, qui per plures numeros primos dividi possunt. Seorsim itaque modulos prioris generis contemplabimur.

84.

Si modulus m=pn,m=p^n\text{,} designante pp numerum primum, erit f=pn−1(p−1)f = p^{n-1}(p-1) (art. 38). Iam si disquisitiones in artt. 53, 54 contentae ad hunc casum applicantur, mutatis mutandis uti in art. praec. praescripsimus, invenietur, omnia quae ibi demonstrata sunt etiam pro hoc casu locum habere, si modo ante probatum esset, congruentiam formae xt−1≡0(mod.⁡pn)x^t - 1 ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n} plures quam tt radices diversas habere non posse. Pro modulo primo hanc veritatem ex propositione generaliori art. 43 deduximus, quae autem in omni sua extensione de modulis primis tantummodo valet, neque adeo ad hunc casum applicanda. Attamen propositionem pro hoc casu particulari veram esse, per methodum singularem demonstrabimus. Infra (sect. VIII) idem facilius invenire docebimus.

85.

Demonstrandum proponimus nobis hoc theorema:

Si numerorum tt et pn−1(p−1)p^{n-1}(p-1) divisor communis maximus est e,e\text{,} congruentia xt≡1(mod.⁡pn)x^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n} habebit ee radices diversas.

Sit e=kpνe=kp^ν ita ut kk factorem pp non involvat, adeoque numerum p−1p-1 metiatur. Tum congruentia xt≡1x^t ≡ 1 secundum modulum pp habebit kk radices diversas, quibus per A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} designatis, radix quaecunque eiusdem congruentiae secundum modulum pn,p^n\text{,} congrua esse debet secundum modulum pp alicui numerorum A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} Iam demonstrabimus, congruentiam xt≡1(mod.⁡pn)x^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n} habere pνp^ν radices ipsi A,A\text{,} totidem ipsi Betc.⁡B \operatorname{etc.} congruas secundum modulum p.p\text{.} Quo facto omnium radicum numerus erit kpνkp^ν sive e,e\text{,} uti diximus. Illam vero demonstrationem ita adornabimus, ut primo ostendamus, si αα fuerit radix ipsi AA secundum modulum pp congrua, etiam α+pn−ν,α+2pn−ν,α+3pn−ν…α+(pν−1)pn−να+p^{n-ν}, \quad α+2p^{n-ν}, \quad α+3p^{n-ν} … \enspace α+(p^ν-1)p^{n-ν} fore radices; secundo, numeros ipsi AA secundum modulum pp congruos alios quam qui in forma α+hpn−να+hp^{n-ν} sint comprehensi (denotante hh integrum quemcunque), radices esse non posse: unde manifesto pνp^ν radices diversae habebuntur, et non plures: atque idem etiam de radicibus, quae singulis B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} sunt congruae, locum habebit: tertio docebimus, quomodo semper radix, ipsi AA secundum pp congrua, inveniri possit.

86.

Theorema. Si uti in art. praec. tt est numerus per pν,p^ν\text{,} neque vero per pν+1p^{ν+1} divisibilis, erit (α+hpμ)t−αt≡0(mod.⁡pμ+ν),at≡αt−1hpμt(mod.⁡pμ+ν+1)(α+hp^μ)^t - α^t ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+ν}}, \quad\text{at}\quad ≡ α^{t-1}hp^μt\pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+ν+1}}

Theorematis pars posterior locum non habet, quando p=2p=2 simulque μ=1.μ=1\text{.}

Demonstratio huius theorematis ex evolutione potestatis binomii peti posset, si ostenderetur omnes terminos post secundum per pμ+ν+1p^{μ+ν+1} divisibiles esse. Sed quoniam consideratio denominatorum coëfficientium in aliquot ambages deducit, methodum sequentem praeferimus.

Ponamus primo μ>1μ>1 atque ν=1,ν=1\text{,} eritque propter xt−yt=(x−y)(xt−1+xt−2y+xt−3y2+etc.⁡+yt−1)(α+hpμ)t−αt=hpμ((α+hpμ)t−1+(α+hpμ)t−2α+etc.⁡+αt−1)\begin{alignedat}{2} x^t - y^t &= (x-y)(x^{t-1}+x^{t-2}y+x^{t-3}y^2+\operatorname{etc.}+y^{t-1}) \\ (α+hp^μ)^t - α^t &= hp^μ((α+hp^μ)^{t-1} + (α+hp^μ)^{t-2}α + \operatorname{etc.}+ α^{t-1}) \end{alignedat} At est α+hpμ≡α(mod.⁡p2)α+hp^μ ≡ α \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2} quare quisque terminus (α+hpμ)t−1,(α+hp^μ)^{t-1}\text{,} (α+hpμ)t−2αetc.⁡(α+hp^μ)^{t-2}α \operatorname{etc.} erit ≡αt−1(mod.⁡p2),≡ α^{t-1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2}\text{,} adeoque omnium summa ≡tαt−1(mod.⁡p2)≡ tα^{t-1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2} sive formae tαt−1+Vp2tα^{t-1}+Vp^2 denotante VV numerum quemcunque. Hinc (α+hpμ)t−αt(α+hp^μ)^t - α^t erit formae at−1hpμt+Vhpμ+2,i.e.≡αt−1hpμt(mod.⁡pμ+2)et≡0(mod.⁡pμ+1)a^{t-1}hp^μt+Vhp^{μ+2}, \quad\text{i.e.}\quad ≡ α^{t-1}hp^μt \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+2}} \enspace\text{et}\enspace ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+1}} Pro hoc itaque casu theorema est demonstratum.

Iam si theorema pro aliis ipsius νν valoribus verum non esset, manente etiamnum μ>1,μ>1\text{,} limes aliquis necessario daretur, usque ad quem theorema semper verum foret, ultra vero falsum. Sit minimus valor ipsius ν,ν\text{,} pro quo falsum est =φ,=φ\text{,} unde facile perspicitur, si tt per pφ−1p^{φ-1} non autem per pφp^φ fuerit divisibilis, theorema adhuc verum esse, at si loco ipsius tt substituatur tp,tp\text{,} falsum. Habemus itaque (α+hpμ)t≡αt+αt−1hpμt(mod.⁡pμ+φ)sive=αt+αt−1hpμt+upμ+φ (α+hp^μ)^t ≡ α^t+α^{t-1}hp^μt \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+φ}} \quad\text{sive}\quad = α^t + α^{t-1}hp^μt+up^{μ+φ} denotante uu numerum integrum. At quia pro ν=1ν=1 theorema iam est demonstratum, erit (αt+αt−1hpμt+upμ+φ)p≡αtp+αtp−1hpμ+1t+αtp−tupμ+φ+1(mod.⁡pμ+φ+1)(α^t + α^{t-1}hp^μt+up^{μ+φ})^p ≡ α^{tp} + α^{tp-1}hp^{μ+1}t+α^{tp-t}up^{μ+φ+1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+φ+1}} adeoque etiam (α+hpμ)tp≡αtp+αtp−1hpμtp(mod.⁡pμ+φ+1)(α+hp^μ)^{tp} ≡ α^{tp} + α^{tp-1}hp^μtp \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+φ+1}} i.e. theorema etiam verum, si loco ipsius tt substituitur tp,tp\text{,} i.e. etiam pro ν=φ,ν=φ\text{,} contra hypothesin. Unde manifestum pro omnibus ipsius νν valoribus theorema verum esse.

87.

Superest casus ubi μ=1.μ=1\text{.} Per methodum prorsus similem ei qua in art. praec. usi sumus, sine adiumento theorematis binomialis demonstrari potest, esse (α+hp)t−1≡ αt−1+αt−2(t−1)hp(mod.⁡p2)α(α+hp)t−2≡ αt−1+αt−2(t−2)hpαα(α+hp)t−3≡ αt−1+αt−2(t−3)hpetc.⁡\begin{alignedat}{3} (α+hp)^{t-1} ≡&\: α^{t-1} &{}+{}& α^{t-2}(t-1)hp \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2} \\ α(α+hp)^{t-2} ≡&\: α^{t-1} &{}+{}& α^{t-2}(t-2)hp \\ αα(α+hp)^{t-3} ≡&\: α^{t-1} &{}+{}& α^{t-2}(t-3)hp \\ \operatorname{etc.}\qquad &&& \end{alignedat} unde aggregatum erit (quia partium multitudo =t=t) ≡tαt−1+(t−1)t2αt−2hp(mod.⁡p2)≡ tα^{t-1}+\frac{(t-1)t}2α^{t-2}hp \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2} At quoniam tt per pp divisibilis, etiam (t−1)t2\frac{(t-1)t}2 per pp divisibilis erit in omnibus casibus excepto eo ubi p=2p=2 de quo iam in art. praec. monuimus. In reliquis autem casibus erit (t−1)t2αt−2hp≡0(mod.⁡p2),\frac{(t-1)t}2 α^{t-2}hp ≡ 0 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2}\text{,} adeoque etiam illud aggregatum ≡tαt−1(mod.⁡p2)≡ tα^{t-1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^2} ut in art. praec. In reliquis demonstratio hic eodem modo procedit ut istic.

Colligimus igitur generaliter, unico casu p=2p=2 excepto, esse (α+hpμ)t≡αt(mod.⁡pμ+ν)(α+hp^μ)^t ≡ α^t \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{μ+ν}} et (α+hpμ)t(α+hp^μ)^t non ≡αt≡ α^t at pro quovis modulo qui sit altior potestas ipsius p,p\text{,} quam haec pμ+ν,p^{μ+ν}\text{,} quoties quidem hh per pp non est divisibilis, atque pνp^ν potestas suprema ipsius pp quae numerum tt dividit.

Hinc protinus derivantur propositiones 1. et 2, quas art. 85 demonstrandas nobis proposueramus: scilicet

primo, si αt≡1,α^t ≡ 1\text{,} erit etiam (α+hpn−ν)t≡1(mod.⁡pn);(α+hp^{n-ν})^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n}\text{;}

secundo si numerus aliquis α′α' ipsi AA adeoque etiam ipsi αα secundum modulum pp congruus, neque vero huic secundum modulum pn−ν,p^{n-ν}\text{,} congruentiae xt≡1(mod.⁡pn)x^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n} satisfaceret, ponamus α′α' esse =α+lpλ,=α+lp^λ\text{,} ita ut ll per pp non sit divisibilis, eritque λ<n−ν,λ<n-ν\text{,} tunc autem (α+lpλ)t(α+lp^λ)^t secundum modulum pλ+νp^{λ+ν} ipsi αtα^t congruus erit, non autem secundum modulum pn,p^n\text{,} quae est altior potestas, quare α′α' radix congruentiae xt≡1x^t ≡ 1 esse nequit.

88.

Tertium vero fuit radicem aliquam congruentiae xt≡1(mod.⁡pn),x^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n}\text{,} ipsi AA congruam, invenire. Ostendemus hic tantummodo quomodo hoc fieri possit, si iam radix eiusdem congruentiae secundum modulum pn−1p^{n-1} innotuerit; manifesto hoc sufficit, quum a modulo pp pro quo AA est radix, ad modulum pn,p^n\text{,} sicque deinceps ad omnes potestates consecutivas progredi possimus.

Esto itaque αα radix congruentiae xt≡1(mod.⁡pn−1),x^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{n-1}}\text{,} quaeriturque radix eiusdem congruentiae secundum modulum pn,p^n\text{,} ponatur haec =α+hpn−ν−1,=α+hp^{n-ν-1}\text{,} quam formam eam habere debere ex art. praec. sequitur (casum ubi ν=n−1ν=n-1 postea seorsim considerabimus: maior vero quam n−1,n-1\text{,} νν esse nequit). Debet itaque esse (α+hpn−ν−1)t≡1(mod.⁡pn−1)At(α+hpn−ν−1)t≡αt+αt−1htpn−ν−1(mod.⁡pn)\begin{alignedat}{4} && (α &{}+{}& hp^{n-ν-1})^t &≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{n-1}} \\ \text{At} \qquad\qquad && (α &{}+{}& hp^{n-ν-1})^t &≡ α^t + α^{t-1}htp^{n-ν-1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n} \end{alignedat} Si itaque hh ita determinatur, ut fiat 1≡αt+αt−1htpn−ν−1(mod.⁡pn);1 ≡ α^t+α^{t-1}htp^{n-ν-1} \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n}\text{;} sive (quia per hyp. 1≡αt(mod.⁡pn−1)1 ≡ α^t \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^{n-1}} atque tt per pνp^ν divisibilis) ita ut fiat αt−1pn−1+αt−1htpν\frac{α^t-1}{p^{n-1}}+α^{t-1}h\frac t{p^ν} per pp divisibilis, quaesito satisfactum erit. Hoc autem semper fieri posse ex. Sect. praec. manifestum, quum tt per altiorem ipsius pp potestatem quam pνp^ν dividi non posse hic supponamus, adeoque αt−1tpνα^{t-1}\frac t{p^ν} ad pp sit primus.

Si vero ν=n−1ν=n-1 i.e. tt per pn−1p^{n-1} sive etiam per altiorem ipsius pp potestatem divisibilis, quivis valor AA congruentiae xt≡1x^t ≡ 1 secundum modulum pp satisfaciens eidem etiam secundum modulum pnp^n satisfaciet. Sit enim t=pn−1τ,t=p^{n-1}τ\text{,} eritque t≡τ(mod.⁡p−1):t ≡ τ \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup-1}\text{:} quare quoniam At≡1(mod.⁡p),A^t ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{,} erit etiam Aτ≡1(mod.⁡p).A^τ ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup}\text{.} Ponatur itaque Aτ=1+hpA^τ = 1 + hp eritque At=(1+hp)pn−1≡1(mod.⁡pn)A^t = (1+hp)^{p^{n-1}} ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mup^n} art. 87.

89.

Omnia quae art. 57 sqq. adiumento theorematis, congruentiam xt≡1x^t ≡ 1 plures quam tt radices diversas non habere eruimus, etiam pro modulo qui est numeri primi potestas locum habent, et si radices primitivae vocantur numeri, qui ad exponentem pn−1(p−1)p^{n-1}(p-1) pertinent, sive in quorum periodis omnes numeri per p,p\text{,} non divisibiles inveniuntur, etiam hic radices primitivae exstabunt. Omnia autem quae supra de indicibus eorumque usu tradidimus, necnon de solutione congruentiae xt≡1,x^t ≡ 1\text{,} ad hunc quoque casum applicari possunt. Quae quum nulli difficultati obnoxia sint, omnia ex integro repetere superfluum foret. Praeterea radices congruentiae xt≡1x^t ≡ 1 secundum modulum pnp^n e radicibus eiusdem congruentiae secundum pp deducere docuimus. Sed de eo casu ubi potestas aliqua numeri 22 est modulus, quia supra exceptus fuit, aliqua adhuc sunt adiicienda.

Moduli qui sunt potestates binarii.

90.

Si potestas aliqua numeri 2,2\text{,} altior quam secunda, puta 2n2^n pro modulo accipitur, numeri cuiusvis imparis potestas exponentis 2n−2,2^{n-2}\text{,} unitati est congrua.

Ex. gr. 38=6561≡1(mod.⁡32).3^8 = 6561 ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu32}\text{.}

Quivis enim numerus impar vel sub forma 1+4h,1+4h\text{,} vel sub hac −1+4h-1+4h comprehenditur: unde propositio protinus sequitur (theor. art. 86).

Quoniam igitur exponens, ad quem quicunque numerus impar secundum modulum 2n2^n pertinet, divisor ipsius 2n−22^{n-2} esse debet, quivis ad aliquem horum numerum pertinebit 1,1\text{,} 2,2\text{,} 4,4\text{,} 8…2n−2,8 … 2^{n-2}\text{,} ad quemnam vero pertineat, ita facile diiudicatur. Sit numerus propositus =4h±1,=4h±1\text{,} atque exponens maximae potestatis numeri 2,2\text{,} quae ipsum hh metitur, =m=m (qui etiam =0=0 esse potest, quando scilicet hh est impar); tum exponens, ad quem numerus propositus pertinet, erit =2n−m−2,=2^{n-m-2}\text{,} siquidem n>m+2;n>m+2\text{;} si autem n=n= vel <m+2,<m+2\text{,} numerus propositus est ≡±1≡ ±1 adeoque vel ad exponentem 11 vel ad exponentem 22 pertinebit. Numerum enim formae ±1+2m+2k,±1+2^{m+2}k\text{,} (quae huic aequivalet, 4h±14h±1) ad potestatem exponentis 2n−m−22^{n-m-2} elevatum unitati secundum modulum 2n2^n congruum fieri, ad potestatem autem exponentis, qui est inferior numeri 22 potestas, incongruum, ex art. 86 nullo negotio deducitur. Numerus itaque quicunque formae 8k+38k+3 vel 8k+58k+5 ad exponentem 2n−22^{n-2} pertinebit.

91.

Hinc patet eo sensu, quo supra expressionem accepimus, radices primitivas hic non dari, nullos scilicet numeros, quorum periodus omnes numeros modulo minores ad ipsumque primos amplectatur. Attamen facile perspicitur, analogon hic haberi. Invenitur enim, numeri formae 8k+38k+3 potestatem exponentis imparis semper esse formae 8k+3,8k+3\text{,} potestatem autem exponentis paris, semper formae 8k+1;8k+1\text{;} nulla igitur potestas formae 8k+58k+5 aut 8k+78k+7 esse potest. Quare quum periodus numeri formae 8k+3,8k+3\text{,} ex 2n−22^{n-2} terminis diversis constet, quorum quisque aut formae 8k+38k+3 aut huius 8k+1,8k+1\text{,} neque plures huiusmodi numeri modulo minores dentur quam 2n−2,2^{n-2}\text{,} manifesto quivis numerus formae 8k+18k+1 vel 8k+38k+3 congruus est secundum modulum 2n2^n potestati alicui numeri cuiuscunque formae 8k+3.8k+3\text{.} Simili modo ostendi potest periodum numeri formae 8k+58k+5 comprehendere omnes numeros formarum 8k+18k+1 et 8k+5.8k+5\text{.} Si igitur numerus formae 8k+58k+5 pro basi assumitur, omnes numeri formae 8k+18k+1 et 8k+5,8k+5\text{,} positive, omnesque formae 8k+38k+3 et 8k+7,8k+7\text{,} negative sumti, indices reales nanciscentur, et quidem hic indices secundum 2n−22^{n-2} congrui pro aequivalentibus sunt habendi. Hoc modo tabula nostra I intelligenda, ubi pro modulis 16,16\text{,} 3232 et 6464 (namque pro modulo 88 nulla tabula necessaria erit) semper numerum 55 pro basi accepimus. Ex. gr. numero 1919 qui est formae 8n+38n+3 adeoque negative sumendus, respondet pro modulo 6464 index 7,7\text{,} id quod significat esse 57≡−19(mod.⁡64).5^7 ≡ -19 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu64}\text{.} Numeris autem formarum 8n+1,8n+1\text{,} 8n+58n+5 negative, atque numeris formarum 8n+3,8n+3\text{,} 8n+78n+7 positive acceptis, indices quasi imaginarii tribuendi forent. Quos introducendo calculus indicum ad algorithmum perquam simplicem reduci potest. Sed quoniam, si haec ad omnem rigorem exponere vellemus, nimis longe evagari oporteret, hoc negotium ad aliam occasionem nobis reservamus, quando forsan fusius quantitatum imaginarium theoriam, quae nostro quidem iudicio a nemine hactenus ad notiones claras est reducta, pertractare suscipiemus. Periti hunc algorithmum facile ipsi eruent: qui minus sunt exercitati, perinde tamen tabula hac uti poterunt, ut ii qui recentiorum commenta de logarithmis imaginariis ignorant, logarithmis utuntur, si quidem principia supra stabilita probe tenuerint.

Moduli e pluribus primis compositi.

92.

Secundum modulum e pluribus primis compositum tantum non omnia quae ad residua potestatum pertinent, ex theoria congruentiarum generali deduci possunt; quia vero infra congruentias quascunque secundum modulum e pluribus primis compositum ad congruentias, quarum modulus est primus aut primi potestas, reducere fusius docebimus, non est quod huic rei multum hic immoremur. Observamus tantum, bellissimam proprietatem, quae pro reliquis modulis locum habeat, quod scilicet semper exstant numeri quorum periodus omnes numeros ad modulum primos complectatur, hic deficere, excepto unico casu, quando scilicet modulus est duplum numeri primi, aut potestatis numeri primi. Si enim modulus mm redigitur ad formam AaBbCcetc.⁡,A^aB^bC^c \operatorname{etc.}\text{,} designantibus A,A\text{,} B,B\text{,} Cetc.⁡C \operatorname{etc.} numeros primos diversos, praeterea Aa−1(A−1)A^{a-1}(A-1) designatur per α,α\text{,} Bb−1(B−1)B^{b-1}(B-1) per βetc.⁡β \operatorname{etc.} denique zz est numerus ad mm primus; erit zα≡1(mod.⁡Aa),z^α ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6muA^a}\text{,} zβ≡1(mod.⁡Bb)etc.⁡z^β ≡ 1 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6muB^b} \operatorname{etc.} Quodsi igitur μμ est minimus numerorum a,a\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} dividuus communis, erit zμ≡1z^μ ≡ 1 secundum omnes modulos Aa,A^a\text{,} Bbetc.⁡B^b \operatorname{etc.} adeoque etiam secundum m,m\text{,} cui illorum productum est aequale. At excepto casu, ubi mm est duplum numeri primi aut potestatis numeri primi, numerorum α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} dividuus communis minimus, ipsorum producto est minor (quoniam numeri α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} inter se primi esse nequeunt sed certe divisorem 22 communem habent). Nullius itaque numeri periodus tot terminos comprehendere potest, quot dantur numeri ad modulum primi ipsoque minores, quia horum numerus producto ex α,α\text{,} β,β\text{,} γetc.⁡γ \operatorname{etc.} est aequalis. Ita ex. gr. pro m=1001m=1001 cuiusvis numeri ad mm primi potestas exponentis 6060 unitati est congrua, quia 6060 est dividuus communis numerorum 6,6\text{,} 10,10\text{,} 12.12\text{.}— Casus autem ubi modulus est duplum numeri primi aut duplum potestatis numeri primi, illi ubi est primus aut primi potestas, prorsus est similis.

93.

Scriptorum in quibus alii geometrae de argumento in hac sectione pertractato egerunt, iam passim mentio est facta. Eos tamen qui quaedam fusius, quam nobis brevitas permisit, explicata desiderant, ablegamus imprimis ad sequentes ill. Euleri commentationes, ob perspicuitatem, qua vir summus prae omnibus semper excelluit, maxime commendabiles.

Theoremata circa residua ex divisione potestatum relicta Comm. nov. Petr. T. VII p. 49 sqq.

Demonstrationes circa residua ex divisione potestatum per numeros primos resultantia. Ibid. T. XVIII p. 85 sqq.

Adiungi his possunt Opusculorum analyt. T. I, dissertt. 5 et 8.