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TEOREMA DI EULERO:

enunciato

Siano a in bbZ e n in bbN relativamente primi. Allora:
a^{varphi (n)} = 1(mod n)

dimostrazione

Considero la lista dei numeri numeri minori e relativamente primi con n :

0<=a_1<a_2<cdots<a_{varphi(n)}<n(1)

La lista (1) ha proprio varphi(n) numeri per come è definita la funzione di Eulero
Considero ora la lista di resti:

delim{lbrace}{  delim{[}{aa_1}{]}_n,delim{[}{aa_2}{]}_n,cdots,delim{[}{aa_{varphi(n)}}{]}_n}{rbrace}(2)

Per come è definita la lista (2) ha ancora varphi(n) numeri ed essi sono ancora compresi tra 0 e n-1 essendo resti nella divisione per n.

A questo punto dimostro che le liste (1) e (2) sono in realtà la stessa lista in due passi.

1)Mostro che tutti i numeri nella lista (2) sono diversi:
Se avessimo chedelim{[}{aa_i}{]}_n=delim{[}{aa_j}{]}_n
per la proprietà 1.3.2 avremo che aa_i=aa_j (mod n), cioè che n|aa_i-aa_j
Raccogliendo a abbiamo che n|a(a_i-a_j) ma gcd(a,n)=1 per ipotesi quindi per la proprietà 1.5.10 abbiamo che n|a_i-a_j che per definizione di congruenza:
a_i= a_j (mod n)
ma a_i e a_j sono nella lista (1) e quindi compresi tra 0 e n-1, per questo l'unica possibilità è avere:
a_i=a_j oppure i=j.
Ma per come erano stati presi a_i e a_j non possono essere uguali quindi i=j, cioè avevo preso due volte lo stesso numero:
delim{[}{aa_i}{]}_n<>delim{[}{aa_j}{]}_n

2)gcd(delim{[}{aa_i}{]}_n,n)=gcd(aa_i,n) per il primo passo dell' algoritmo di Euclide.
Ma gcd(a,n)=1 per ipotesi e a_i, essendo un elemento della lista (1), è relativamente primo ad n.
Allora per la proprietà 1.5.11 ii) abbiamo che anche gcd(aa_i,n)=1 quindi la lista (1) e la lista (2) sono uguali a meno dell'ordine.

Se le due liste sono uguali a meno dell'ordine allora:
prod{i=1}{varphi(n)}{a_i}=prod{i=1}{varphi(n)}{delim{[}{aa_i}{]}_n}
Per la proprietà 1.3.4 ii) e per la proprietà 1.3.2 i) posso riscrivere, raccogliendo a:

prod{i=1}{varphi(n)}{a_i}=a^{varphi(n)}.prod{i=1}{varphi(n)}{a_i} (mod n)

Per definizione di congruenza:

n|a^{varphi(n)}.prod{i=1}{varphi(n)}{a_i}-prod{i=1}{varphi(n)}{a_i}

e raccogliendo ho che n|(a^{varphi(n)}-1)a_1 a_1 cdots a_{varphi(n)}
Dato che tutti gli a_i sono relativamente primi con n essendo della lista (1), per la proprietà 1.5.10 n|(a^{varphi(n)}-1) cioè:
a^{varphi (n)} = 1(mod n)

C.V.D.