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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

勒让德符号

勒让德符号 (a/p) 表示 a 是否为模 p 的平方,其乘积性把判断问题分解为素数因子。

所属主题:初等数论 ↗
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参考可汗学院 Get ready 机制:先修概念 → 当前概念 → 进阶概念,✓ 表示已读。

01定义

勒让德符号 (ap)\left(\frac{a}{p}\right) 以 1,0,−11,0,-1 三值编码「aa 是否模 pp 的平方」。欧拉判别法把它化为一次幂运算,乘积性把判定分解为素因子——二次剩余问题的通用货币。
模 11 的平方表:a² (mod 11) a12345678 a²14953359 二次剩余:{1,3,4,5,9} —— 恰 (p−1)/2 = 5 个 非剩余:{2,6,7,8,10},符号值 −1 (a/p) = a^((p−1)/2) mod p(欧拉判别法)
平方映射二对一:剩余与非剩余各占一半

02核心要点

01

三值语义

(ap)=1\left(\frac{a}{p}\right)=1(二次剩余)、−1-1(非剩余)、00(p∣ap\mid a);x2≡ax^2\equiv a 有解   ⟺  \iff 符号为 1——判定问题被压缩为一个数。

02

欧拉判别法

(ap)≡a(p−1)/2(modp)\left(\frac{a}{p}\right)\equiv a^{(p-1)/2}\pmod p:快速幂 O(log⁡p)O(\log p) 即可判定;平方映射 a↦a2a\mapsto a^2 二对一,故剩余恰占一半。

03

乘积性与分解

(abp)=(ap)(bp)\left(\frac{ab}{p}\right)=\left(\frac{a}{p}\right)\left(\frac{b}{p}\right):符号是完全乘性函数,判定复合数分解为素因子之积——二次特征的开端。

03关键公式

(ap)≡ap−12(modp),值域 {1,0,−1}\left(\frac{a}{p}\right)\equiv a^{\frac{p-1}{2}}\pmod p,\quad\text{值域}\ \{1,0,-1\}

04历史沿革

欧拉 1740 年代研究二次剩余规律;勒让德 1785 年引入符号并陈述互反律(未完全证明);高斯 1796 年 19 岁给出首个严格证明。

05应用与延伸

素性检验的二次剩余版本(Solovay-Strassen)、Goldwasser-Micali 概率加密、二次筛法的平滑性检测、数域中素分裂的判据。

06交互演示

二次剩余:x² mod p 的像集金色点为 (x, x² mod p);横轴金块表示二次剩余

07相关概念