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Fonction Carmichael

En théorie des nombres , une branche des mathématiques , la fonction de Carmichael est le plus petit entier positif un m ≡ 1 ( mod n ) {\displaystyle a^{m}\equiv 1{\pmod {n}}} C...

En théorie des nombres , une branche des mathématiques , la fonction de Carmichael est le plus petit entier positif

Cette propriété est valable pour tout entier . En termes algébriques, . Comme il s'agit d'un groupe abélien fini , il existe nécessairement un élément dont l'ordre est égal à l'exposant modulo de Carmichael : d’Euler ) est est la fonction indicatrice d'Euler . Puisque l'ordre d'un élément d'un groupe fini divise l'ordre du groupe, A002322 dans l' OEIS ) et pour lesquelles elles sont différentes sont listées dans la de l' OEIS ) .

Exemples numériques

  • L'ensemble des nombres inférieurs à 5 et premiers avec 5 est

La fonction lambda de Carmichael d'une puissance première peut être exprimée en fonction de l'indicatrice d'Euler. Tout nombre différent de 1 et d'une puissance première peut s'écrire de manière unique comme le produit de puissances premières distinctes, auquel cas des facteurs de puissance première. Plus précisément,

L'indicatrice d'Euler pour une puissance d'un nombre premier, c'est-à-dire un nombre avec premier et

Les théorèmes de Carmichael

tel quepour tout .

Théorème 1 Si a est premier avec n , alors

Cela implique que l'ordre de tout élément du groupe multiplicatif des entiers modulo pour lequelLa plus petite puissance d' ) est une racine primitive λ modulo n . (À ne pas confondre avec une racine primitive modulo -racine modulo

Théorème 2 Pour tout entier positif n, il existe une racine primitive λ modulo n . De plus, si g est une telle racine, alors il existeracines λ primitives qui sont congruentes aux puissances de g .

Si -racines primitives garanties par le théorème, alors

La seconde affirmation du théorème 2 n'implique pas que toutes les racines primitives soient congruentes à des puissances d'une seule racine Les racines 2 et 8 sont congruentes à des puissances l'une de l'autre, et les racines 7 et 13 sont congruentes à des puissances l'une de l'autre, mais ni 7 ni 13 n'est congruente à une puissance de 2 ou de 8, et réciproquement. Les quatre autres éléments du groupe multiplicatif modulo 15, à savoir 1 et 4 (qui satisfait-racines modulo 9.

Propriétés de la fonction de Carmichael

Dans cette section, un entier

Une conséquence de la minimalité de

Supposons pour tous les nombres . Alors .

Démonstration : Si avec

pour tous les nombres . Il s'ensuit que puisque nombres premiers avec

divise

Cela découle de la théorie élémentaire des groupes , car l'exposant de tout groupe fini divise nécessairement son ordre. tandis que

On peut donc considérer le théorème de Carmichael comme un perfectionnement du théorème d'Euler .

Divisibilité

Preuve.

Par définition, pour tout entier

Composition

Pour tous entiers positifs , on a :

Il s'agit d'une conséquence immédiate de la récurrence de la fonction de Carmichael.

Longueur du cycle exponentiel

Si

En particulier, pour ), pour tout

Valeur moyenne

Pour tout

(appelée approximation d'Erdős dans la suite) avec la constante

et

Le tableau suivant donne un aperçu des 67 108 863 valeurs de la plus facilement accessibles est donné:= ln λ ( n ) / ln n avec

  • 4 / 5λ ( n ) > n 4 / 5 .

Là, l'entrée du tableau se trouve à la ligne numéro 26, à la colonne

  • % LoL > 4 / 5 60,49

indique que 60,49 % (≈40 000 000 ) des entiers 67 108 863 ont ce qui signifie que la majorité des de la longueur l'entrée

Intervalle prédominant

Pour tous les nombres

avec la constante

limites inférieures

Pour tout nombre , il y a au plus

entiers positifs .

Commande minimale

Pour toute suite d'entiers positifs, toute constante , et tout \left(\ln n_{i} ight)^{c\ln \ln \ln n_{i}}.

petites valeurs

Pour une constante positif suffisamment grand , il existe un entier tel que

De plus,

pour un certain entier sans carré .

Image de la fonction

L'ensemble des valeurs de la fonction de Carmichael a une fonction de comptage

Utilisation en cryptographie

La fonction Carmichael est importante en cryptographie en raison de son utilisation dans l' algorithme de chiffrement RSA .

Démonstration du théorème 1

Pour , un nombre premier, le théorème 1 est équivalent au petit théorème de Fermat :

Pour les puissances premières , , si

si cette condition est vérifiée pour un certain entier donne

pour un autre entier

Amélioration du résultat pour les puissances de deux supérieures

Pour pour un certain entier . Alors,

,

En élevant les deux côtés au carré, on obtient

pour tous.

Entiers comportant plusieurs facteurs premiers

D'après le théorème de factorisation unique , tout peut s'écrire de manière unique comme

où des nombres premiers établissent que, pour

Il en découle que

où, comme indiqué par la récurrence,

Du théorème des restes chinois, on conclut que

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