איבר פרימיטיבי

בתורת השדות הסופיים ויישומיה, איבר פרימיטיבי הוא איבר של שדה סופי, היוצר את החבורה הכפלית של השדה. הפולינום המינימלי של איבר כזה נקרא פולינום פרימיטיבי (למרות שלמושג זה יש גם משמעויות אחרות).

גאוס הגדיר את המונח שורשים פרימיטיביים במאמר 57 של ספרו מחקרים אריתמטיים (Disquisitions Arithmeticae), שם הוא נותן את הקרדיט לאוילר על טביעת המונח. במאמר 56 הוא קבע שאוילר ולמברט ידעו עליהם, אך הוא היה הראשון להוכיח ריגורוזית ששורשים פרימיטיביים קיימים. למעשה, מחקרים אריתמטיים כולל שתי הוכחות, האחת במאמר 54 היא הוכחת קיום לא קונסטרוקטיבית, בעוד האחרת ממאמר 55 היא קונסטרוקטיבית.

שורש פרימיטיבי מסדר ראשוני

כפי שהוכיח גאוס, החבורה ${\displaystyle \ U_{p}}$ ציקלית עבור כל p ראשוני. כל יוצר שלה, כלומר איבר מסדר עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p-1} בה הוא שורש פרימיטיבי. מספר השורשים הפרימיטיביים הוא מספר האיברים הזרים לעיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p-1} , כלומר עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \phi(p-1)} , כאשר עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \phi} היא פונקציית אוילר.

לדוגמה, אם עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p=7} בחבורה עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle {U}_{7}=\{1,2,3,4,5,6\}} יש עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \phi(6)=2} שורשים פרימיטיביים, והם: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 3,5} .

אם g שורש פרימיטיבי, אז קבוצת כל השורשים הפרימיטיביים היא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \{g^a | (a,p-1)=1 \}} .

שורשים פרימיטיביים מסדרים אחרים

ניתן להכליל את המונח שורש פרימיטיבי לכל חבורת אוילר ציקלית. נאמר שעיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g} שורש פרימיטיבי מודולו m אם הסדר שלו בחבורה עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle Z_{m}} הוא ${\displaystyle \ \phi (m)}$.

נסקור את הסדרים שבהם אכן קיים שורש פרימיטיבי.

• מודולו 4 - זהו מקרה נאיבי שקל לבדוק ישירות, שכן למשל 3 הוא שורש פרימיטיבי. מאידך, אפשר לראות שמודולו 8 כבר אין שורש פרימיטיבי, שכן הסדר של כל האיברים שם הוא 2. זה נכון לכל n כללי, כלומר אין שורש פרימיטיבי ל${\displaystyle 2^{n}}$ החל מעיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle n\ge3} .

• מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^m} לכל ${\displaystyle a\geq 1}$. נוכיח שאכן קיים לסדר זה שורש פרימיטיבי בשלבים.

ראשית, נוכיח שקיים שורש פרימיטיבי מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^2} . ידוע כבר שקיים שורש פרימיטיבי מודולו ${\displaystyle p}$, נסמנו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g_0} .

נשתמש בטענת העזר הבאה - הסדר של עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g_0} מודולו ${\displaystyle p}$, מחלק את הסדר של עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g_0} מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^2} . בנוסף, הסדר של עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g_0} מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^2} מחלק את הסדר של החבורה, כלומר את עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p(p-1)} .

מכאן שהסדר של עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g_0} מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^2} הוא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p-1} או עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p(p-1)} . אם הוא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p(p-1)} סיימנו. נניח שהוא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p-1} , נביט באיבר עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (p+1)g_0} . הסדר של עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (p+1)} הוא p כי: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (p+1)^p=\sum _{ i=0 }^{ p }{ \begin{pmatrix} p \\ i \end{pmatrix}{ p }^{ i }{ 1 }^{ n-i } } =1+\begin{pmatrix} p \\ 1 \end{pmatrix}p+\begin{pmatrix} p \\ 2 \end{pmatrix}{ p }^{ 2 }+...=1+{ p }^{ 2 }+...\equiv 1mod({ p }^{ 2 })} לפי הבינום של ניוטון.

לכן, הסדר של עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (p+1)g_0} הוא עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p(p-1)} , כי עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle (p,p-1)=1} .

כעת, נוכיח שקיים שורש פרימיטיבי מודולו חזקת ראשוני.

נעזר בטענת העזר הבאה: לכל עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle m\geq 2} מתקיים - אם עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g^{p-1}\not\equiv 1 mod(p^2)} אז עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g^{p^{m-2}(p-1)}\not\equiv 1mod(p^m)} .

הוכחת הטענה: באינדוקציה על m. עבור m=2 התוצאה מידית. נניח נכונות לm. מתקיים: עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle g^{\phi (p^{m-1})}=g^{p^{m-2}(p-1)}\equiv 1mod(p^{m-1})} , לפי משפט אוילר.

אם כן, קיים עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle C} כך ש: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g^{p^{m-2}(p-1)}=Cp^{m-1}+1} . מתקיים גם עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p\nmid C} , אחרת עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g^{p^{m-2}(p-1)}\equiv 1mod(p^m)} בסתירה לנתון.

מכאן, נעלה בחזקת ${\displaystyle p}$ את שני האגפים נקבל: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g^{p^{m-1}(p-1)}=(Cp^{m-1}+1)^p\equiv Cp^m+1} ,שוב לפי הבינום. היות שעיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p\nmid C} קיבלנו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g^{p^{m-1}(p-1)} \not\equiv 1mod(p^{m+1})} כדרוש.

הטענה אומרת, שאם עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g} הוא שורש פרימיטיבי מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^2} , אז הסדר שלו לא מתחלק על מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^{m-2}(p-1)} . אבל הסדר הוא מהצורה עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^{k}(p-1)} , לכן עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle k>m-2} , כלומר עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle k=m-1} , ולכן הסדר מקסימלי, כדרוש.

• מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle 2p^{m}} - כבר ראינו שקיים שורש פרימיטיבי מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^m} , נניח עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g} (אפשר להניח ש-עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g} אי-זוגי; אחרת נחליף אותו ב-עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ g+p^m} ). נראה שהוא גם שורש פרימיטיבי מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle 2p^{m}} . צריך להראות שהסדר שלו הוא ${\displaystyle \phi (2p^{m})=\phi (2)\phi (p^{m})=\phi (p^{m})}$. נראה זאת:

נסמן את הסדר של g מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p^m} להיות עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle O_{m}(g)} , ואת הסדר שלו מודולו עיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle 2p^{m}} , להיות עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle O^2_{m}(g)} . בדומה לטענה שהובאה לעיל, אפשר להראות כי עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle O_{m}(g)|O^2_{m}(g) } . זה אומר: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \phi(p^m)|O^2_{m}(g)|\phi(2p^m)} , אבל לפי השוויון לעיל נובע: עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \phi(2p^m)|O^2_{m}(g)|\phi(2p^m)} , ולכן הסדר שלו מקסימלי, כדרוש.

בזאת הושלמה הסקירה, שכן גאוס הוכיח שאלו הם הסדרים היחידים להם יש שורשים פרימיטיביים - עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 1,2,4,p^a,2p^a}

לכל n כמו אלו שתוארו לעיל, יש בחבורה עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \phi(n)} איברים שמהם עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \phi(\phi(n))} שורשים פרימיטיביים.

תוצאות חשובות על שורשים פרימיטיביים

גאוס הוכיח שעבור כל מספר ראשוני p (עם המקרה היוצא דופן היחיד של p = 3), מכפלת השורשים הפרימיטיביים שלו קונגרואנטית ל-1 מודולו p.

גאוס הוכיח גם שבעבור כל מספר ראשוני p, סכום השורשים הפרימיטיביים שלו קונגרואנטי ל-μ(p – 1) מודולו p, כש-μ היא פונקציית מביוס.

גדלים של שורשים פרימיטיביים

לאחר הסיווג של הסדרים, עולה השאלה - אם כבר קיים שורש פרימיטיבי, מהו השורש הפרימיטיבי המינימלי? למשל, במקרה הנ"ל עם p=7, הוצג כי שני השורשים הם 3,5 והמינימלי שבהם הוא 3.

מתברר שהתשובה לשאלה זו אינה פשוטה ואינה שלמה. הוכחו בנושא מספר טענות, והועלו השערות כדלהלן:

• השורש הפרימיטיבי המינימלי g במודולו p מקיים עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle g\le C{ p }^{ \frac { 1 }{ 4 } }} כאשר C קבוע חיובי.

• קיימים אינסוף ראשוניים כך שהשורש הפרימיטיבי המינימלי g מקיים ${\displaystyle g\geq Klog(p)}$, כאשר K קבוע חיובי.

• המתמטיקאי אמיל ארטין העלה סברה, לפיה כל מספר שאינו 1- או מספר ריבועי הוא שורש פרימיטיבי של אינסוף ראשוניים.

הכללה לכל מספר טבעי

אפשר להגדיר איבר פרימיטיבי ביחס לכל מספר טבעי n, בתור איבר בעל סדר מקסימלי בחבורת אוילר של n. אם n ראשוני, מתקבלת ההגדרה הקודמת.^[1]

שימושים ומסקנות

השימוש בשורשים פרימיטיביים הוא רב, ולעיתים הם משמשים כלי עזר במקומות בלתי צפויים.

• בפרוטוקולי הצפנה שונים, כדוגמת פרוטוקול דיפי-הלמן, יש שימוש בשורש פרימיטיבי מודולו p ראשוני, המשמש כמפתח ציבורי בפרוטוקול. אם כן, מציאת שורשים פרימיטיביים, במיוחד לראשוניים גדולים מאד, וסיווג תכונותיהם (כמו גודלם) מקבלת משמעות גם בעולם ההצפנה.

• בעזרת שורשים פרימיטיביים ניתן לסווג את השאריות הריבועיות בעיבוד הנוסחה נכשל (שגיאת המרה. השרת ("https://en.wikipedia.org/api/rest_") השיב: "Cannot get mml. Server problem."): {\displaystyle U_{p}} .

ראשית, מתקיימת הטענה הבאה: אם g שורש פרימיטיבי, אזי עיבוד הנוסחה נכשל (MathML עם גיבוי SVG או PNG (מומלץ לדפדפנים מודרניים ולכלי נגישות): תגובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle a\equiv g^kmod(p)} היא שארית ריבועית אם ורק אם k זוגי. בפרט, נובע כי כל שורש פרימטיבי אינו שארית ריבועית (המקרה של k=1).

כלומר, אם מצאנו שורש פרימיטיבי, יש בידינו דרך למצוא את כל השאריות הריבועיות - יש להעלות אותו בכל החזקות הזוגיות הקטנות מp-1, וכך יתקבלו כל השאריות הריבועיות.

ראו גם

• חבורת אוילר
• סדר של איבר

הערות שוליים