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数学 / 高斯算术研究 / Art. 108-111

6 · -1 何时是二次剩余

residuum -1 / p ≡ 1 mod 4

-1 的剩余性 / p ≡ 1 mod 4。

For an odd prime p, -1 is a quadratic residue exactly when p is congruent to 1 modulo 4.

对奇素数 p,-1 是二次剩余,当且仅当 p ≡ 1 (mod 4)。

这是二次剩余理论的第一个漂亮分类。它把“有没有平方根 -1”转成了素数 p 除以 4 的余数。

分步证明Step-by-step proof
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  1. 用欧拉判别:(-1)^((p-1)/2)。

  2. 当 (p-1)/2 为偶数,即 p≡1 mod 4 时结果为 1;否则为 -1。

模 13 下 -1 有没有平方根?

13≡1 (mod 4),有。实际上 5²=25≡-1 (mod 13)。