Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  numtheor.gd   Sprache: unbekannt

 
#############################################################################
##
##  This file is part of GAP, a system for computational discrete algebra.
##  This file's authors include Martin Schönert.
##
##  Copyright of GAP belongs to its developers, whose names are too numerous
##  to list here. Please refer to the COPYRIGHT file for details.
##
##  SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
##
##  This file declares operations for integer primes.

##  <#GAPDoc Label="[1]{numtheor}">
##  &GAP; provides a couple of elementary number theoretic functions.
##  Most of these deal with the group of integers coprime to <M>m</M>,
##  called the <E>prime residue group</E>.
##  The order of this group is <M>\phi(m)</M> (see <Ref Oper="Phi"/>),
##  and <M>\lambda(m)</M> (see <Ref Oper="Lambda"/>) is its exponent.
##  This group is cyclic if and only if <M>m</M> is 2, 4,
##  an odd prime power <M>p^n</M>, or twice an odd prime power <M>2 p^n</M>.
##  In this case the generators  of the group, i.e., elements of order
##  <M>\phi(m)</M>,
##  are called <E>primitive roots</E>
##  (see <Ref Func="PrimitiveRootMod"/>).
##  <P/>
##  Note that neither the arguments nor the return values of the functions
##  listed below are groups or group elements in the sense of &GAP;.
##  The arguments are simply integers.
##  <#/GAPDoc>
##


##########################################################################
##
#V  InfoNumtheor
##
##  <#GAPDoc Label="InfoNumtheor">
##  <ManSection>
##  <InfoClass Name="InfoNumtheor"/>
##
##  <Description>
##  <Ref InfoClass="InfoNumtheor"/> is the info class
##  (see <Ref Sect="Info Functions"/>)
##  for the functions in the number theory chapter.
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareInfoClass( "InfoNumtheor" );


#############################################################################
##
#F  PrimeResidues( <m> )  . . . . . . . integers relative prime to an integer
##
##  <#GAPDoc Label="PrimeResidues">
##  <ManSection>
##  <Func Name="PrimeResidues" Arg='m'/>
##
##  <Description>
##  <Ref Func="PrimeResidues"/> returns the set of integers from the range
##  <C>[ 0 .. Abs( <A>m</A> )-1 ]</C>
##  that are coprime to the integer <A>m</A>.
##  <P/>
##  <C>Abs(<A>m</A>)</C> must be less than <M>2^{28}</M>,
##  otherwise the set would probably be too large anyhow.
##  <P/>
##  <Example><![CDATA[
##  gap> PrimeResidues( 0 );  PrimeResidues( 1 );  PrimeResidues( 20 );
##  [  ]
##  [ 0 ]
##  [ 1, 3, 7, 9, 11, 13, 17, 19 ]
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "PrimeResidues" );


#############################################################################
##
#O  Phi( <m> )  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  Euler's totient function
##
##  <#GAPDoc Label="Phi">
##  <ManSection>
##  <Oper Name="Phi" Arg='m'/>
##
##  <Description>
##  <Index Subkey="of the prime residue group">order</Index>
##  <Index Subkey="order">prime residue group</Index>
##  <Index>Euler's totient function</Index>
##  <Ref Oper="Phi"/> returns the number <M>\phi(<A>m</A>)</M> of positive
##  integers less than the positive integer <A>m</A>
##  that are coprime to <A>m</A>.
##  <P/>
##  Suppose that <M>m = p_1^{{e_1}} p_2^{{e_2}} \cdots p_k^{{e_k}}</M>.
##  Then <M>\phi(m)</M> is
##  <M>p_1^{{e_1-1}} (p_1-1) p_2^{{e_2-1}} (p_2-1) \cdots p_k^{{e_k-1}} (p_k-1)</M>.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> Phi( 12 );
##  4
##  gap> Phi( 2^13-1 );  # this proves that 2^(13)-1 is a prime
##  8190
##  gap> Phi( 2^15-1 );
##  27000
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareOperation( "Phi", [ IsObject ] );


#############################################################################
##
#O  Lambda( <m> ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carmichael function
##
##  <#GAPDoc Label="Lambda">
##  <ManSection>
##  <Oper Name="Lambda" Arg='m'/>
##
##  <Description>
##  <Index>Carmichael's lambda function</Index>
##  <Index Subkey="exponent">prime residue group</Index>
##  <Index Subkey="of the prime residue group">exponent</Index>
##  <Ref Oper="Lambda"/> returns the exponent <M>\lambda(<A>m</A>)</M>
##  of the group of prime residues modulo the integer <A>m</A>.
##  <P/>
##  <M>\lambda(<A>m</A>)</M> is the smallest positive integer <M>l</M> such that for every
##  <M>a</M> relatively prime to <A>m</A> we have <M>a^l \equiv 1 \pmod{<A>m</A>}</M>.
##  Fermat's theorem asserts
##  <M>a^{{\phi(<A>m</A>)}} \equiv 1 \pmod{<A>m</A>}</M>;
##  thus <M>\lambda(<A>m</A>)</M> divides <M>\phi(<A>m</A>)</M> (see <Ref Oper="Phi"/>).
##  <P/>
##  Carmichael's theorem states that <M>\lambda</M> can be computed as follows:
##  <M>\lambda(2) = 1</M>, <M>\lambda(4) = 2</M> and
##  <M>\lambda(2^e) = 2^{{e-2}}</M>
##  if <M>3 \leq e</M>,
##  <M>\lambda(p^e) = (p-1) p^{{e-1}}</M> (i.e. <M>\phi(m)</M>) if <M>p</M>
##  is an odd prime and
##  <M>\lambda(m*n) = </M><C>Lcm</C><M>( \lambda(m), \lambda(n) )</M> if <M>m, n</M> are coprime.
##  <P/>
##  Composites for which <M>\lambda(m)</M> divides <M>m - 1</M> are called Carmichaels.
##  If <M>6k+1</M>, <M>12k+1</M> and <M>18k+1</M> are primes their product is such a number.
##  There are only  1547  Carmichaels below <M>10^{10}</M> but  455052511  primes.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> Lambda( 10 );
##  4
##  gap> Lambda( 30 );
##  4
##  gap> Lambda( 561 );  # 561 is the smallest Carmichael number
##  80
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareOperation( "Lambda", [ IsObject ] );


#############################################################################
##
#F  OrderMod( <n>, <m>[, <bound>] ) . . .  multiplicative order of an integer
##
##  <#GAPDoc Label="OrderMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="OrderMod" Arg='n, m[, bound]'/>
##
##  <Description>
##  <Index>multiplicative order of an integer</Index>
##  <Ref Func="OrderMod"/> returns the multiplicative order of the integer
##  <A>n</A> modulo the positive integer <A>m</A>.
##  If <A>n</A> and <A>m</A> are not coprime the order of <A>n</A> is not
##  defined and <Ref Func="OrderMod"/> will return <C>0</C>.
##  <P/>
##  If <A>n</A> and <A>m</A> are relatively prime the multiplicative order of
##  <A>n</A> modulo <A>m</A> is the smallest positive integer <M>i</M>
##  such that  <M><A>n</A>^i \equiv 1 \pmod{<A>m</A>}</M>.
##  If the group of prime residues modulo <A>m</A> is cyclic then
##  each element of maximal order is called a primitive root modulo <A>m</A>
##  (see <Ref Func="IsPrimitiveRootMod"/>).
##  <P/>
##  If no a priori known multiple <A>bound</A> of the desired order is given,
##  <Ref Func="OrderMod"/> usually spends most of its time factoring <A>m</A>
##  for computing <M>\lambda(<A>m</A>)</M> (see <Ref Oper="Lambda"/>) as the
##  default for <A>bound</A>, and then factoring <A>bound</A>
##  (see <Ref Func="FactorsInt"/>).
##  <P/>
##  If an incorrect <A>bound</A> is given then the result will be wrong.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> OrderMod( 2, 7 );
##  3
##  gap> OrderMod( 3, 7 );  # 3 is a primitive root modulo 7
##  6
##  gap> m:= (5^166-1) / 167;;   # about 10^113
##  gap> OrderMod( 5, m, 166 );  # needs minutes without third argument
##  166
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "OrderMod" );


#############################################################################
##
#F  IsPrimitiveRootMod( <r>, <m> )  . . . . . . . . test for a primitive root
##
##  <#GAPDoc Label="IsPrimitiveRootMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="IsPrimitiveRootMod" Arg='r, m'/>
##
##  <Description>
##  <Index Subkey="for a primitive root">test</Index>
##  <Index Subkey="generator">prime residue group</Index>
##  <Index Subkey="of the prime residue group">generator</Index>
##  <Ref Func="IsPrimitiveRootMod"/> returns <K>true</K> if the integer
##  <A>r</A> is a primitive root modulo the positive integer <A>m</A>,
##  and <K>false</K> otherwise.
##  If <A>r</A> is less than 0 or larger than <A>m</A> it is replaced by its
##  remainder.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> IsPrimitiveRootMod( 2, 541 );
##  true
##  gap> IsPrimitiveRootMod( -539, 541 );  # same computation as above;
##  true
##  gap> IsPrimitiveRootMod( 4, 541 );
##  false
##  gap> ForAny( [1..29], r -> IsPrimitiveRootMod( r, 30 ) );
##  false
##  gap> # there is no a primitive root modulo 30
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "IsPrimitiveRootMod" );


#############################################################################
##
#F  PrimitiveRootMod( <m>[, <start>] )  . .  primitive root modulo an integer
##
##  <#GAPDoc Label="PrimitiveRootMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="PrimitiveRootMod" Arg='m[, start]'/>
##
##  <Description>
##  <Index>primitive root modulo an integer</Index>
##  <Index Subkey="generator">prime residue group</Index>
##  <Index Subkey="of the prime residue group">generator</Index>
##  <Ref Func="PrimitiveRootMod"/> returns the smallest primitive root modulo
##  the positive integer <A>m</A> and <K>fail</K> if no such primitive root
##  exists.
##  If the optional second integer argument <A>start</A> is given
##  <Ref Func="PrimitiveRootMod"/> returns the smallest primitive root that
##  is strictly larger than <A>start</A>.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> # largest primitive root for a prime less than 2000:
##  gap> PrimitiveRootMod( 409 );
##  21
##  gap> PrimitiveRootMod( 541, 2 );
##  10
##  gap> # 327 is the largest primitive root mod 337:
##  gap> PrimitiveRootMod( 337, 327 );
##  fail
##  gap> # there exists no primitive root modulo 30:
##  gap> PrimitiveRootMod( 30 );
##  fail
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "PrimitiveRootMod" );


#############################################################################
##
#F  GeneratorsPrimeResidues( <n> ) . . . . . . generators of the Galois group
##
##  <#GAPDoc Label="GeneratorsPrimeResidues">
##  <ManSection>
##  <Func Name="GeneratorsPrimeResidues" Arg='n'/>
##
##  <Description>
##  Let <A>n</A> be a positive integer.
##  <Ref Func="GeneratorsPrimeResidues"/> returns a description of generators
##  of the group of prime residues modulo <A>n</A>.
##  The return value is a record with components
##  <List>
##  <Mark><C>primes</C>: </Mark>
##  <Item>
##      a list of the prime factors of <A>n</A>,
##  </Item>
##  <Mark><C>exponents</C>: </Mark>
##  <Item>
##      a list of the exponents of these primes in the factorization of <A>n</A>,
##      and
##  </Item>
##  <Mark><C>generators</C>: </Mark>
##  <Item>
##      a list describing generators of the group of prime residues;
##      for the prime factor <M>2</M>, either a primitive root or a list of two
##      generators is stored,
##      for each other prime factor of <A>n</A>, a primitive root is stored.
##  </Item>
##  </List>
##  <Example><![CDATA[
##  gap> GeneratorsPrimeResidues( 1 );
##  rec( exponents := [  ], generators := [  ], primes := [  ] )
##  gap> GeneratorsPrimeResidues( 4*3 );
##  rec( exponents := [ 2, 1 ], generators := [ 7, 5 ],
##    primes := [ 2, 3 ] )
##  gap> GeneratorsPrimeResidues( 8*9*5 );
##  rec( exponents := [ 3, 2, 1 ],
##    generators := [ [ 271, 181 ], 281, 217 ], primes := [ 2, 3, 5 ] )
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "GeneratorsPrimeResidues" );


#############################################################################
##
#F  Jacobi( <n>, <m> ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  Jacobi symbol
##
##  <#GAPDoc Label="Jacobi">
##  <ManSection>
##  <Func Name="Jacobi" Arg='n, m'/>
##
##  <Description>
##  <Index>quadratic residue</Index>
##  <Index Subkey="quadratic">residue</Index>
##  <Ref Func="Jacobi"/> returns the value of the
##  <E>Kronecker-Jacobi symbol</E> <M>J(<A>n</A>,<A>m</A>)</M> of the integer
##  <A>n</A> modulo the integer <A>m</A>.
##  It is defined as follows:
##  <P/>
##  If <M>n</M> and <M>m</M> are not coprime then <M>J(n,m) = 0</M>.
##  Furthermore, <M>J(n,1) = 1</M> and <M>J(n,-1) = -1</M> if <M>m < 0</M>
##  and  <M>+1</M>  otherwise.
##  And for odd <M>n</M> it is <M>J(n,2) = (-1)^k</M> with
##  <M>k = (n^2-1)/8</M>.
##  For odd primes <M>m</M> which are coprime to <M>n</M> the
##  Kronecker-Jacobi symbol has the same value as the Legendre symbol
##  (see <Ref Func="Legendre"/>).
##  <P/>
##  For the general case suppose that <M>m = p_1 \cdot p_2 \cdots p_k</M>
##  is a product of <M>-1</M> and of primes, not necessarily distinct,
##  and that <M>n</M> is coprime to <M>m</M>.
##  Then  <M>J(n,m) = J(n,p_1) \cdot J(n,p_2) \cdots J(n,p_k)</M>.
##  <P/>
##  Note that the Kronecker-Jacobi symbol coincides with the Jacobi symbol
##  that is defined for odd <M>m</M> in many number theory books.
##  For odd primes <M>m</M> and <M>n</M> coprime to <M>m</M> it coincides
##  with the Legendre symbol.
##  <P/>
##  <Ref Func="Jacobi"/> is very efficient, even for large values of
##  <A>n</A> and <A>m</A>, it is about as fast as the Euclidean algorithm
##  (see <Ref Func="Gcd" Label="for (a ring and) several elements"/>).
##
##  <Example><![CDATA[
##  gap> Jacobi( 11, 35 );  # 9^2 = 11 mod 35
##  1
##  gap> # this is -1, thus there is no r such that r^2 = 6 mod 35
##  gap> Jacobi( 6, 35 );
##  -1
##  gap> # this is 1 even though there is no r with r^2 = 3 mod 35
##  gap> Jacobi( 3, 35 );
##  1
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "Jacobi" );


#############################################################################
##
#F  Legendre( <n>, <m> )  . . . . . . . . . . . . . . . . . . Legendre symbol
##
##  <#GAPDoc Label="Legendre">
##  <ManSection>
##  <Func Name="Legendre" Arg='n, m'/>
##
##  <Description>
##  <Index>quadratic residue</Index>
##  <Index Subkey="quadratic">residue</Index>
##  <Ref Func="Legendre"/> returns the value of the <E>Legendre symbol</E>
##  of the integer <A>n</A> modulo the positive integer <A>m</A>.
##  <P/>
##  The value  of  the Legendre  symbol <M>L(n/m)</M> is 1 if  <M>n</M> is a
##  <E>quadratic residue</E> modulo <M>m</M>, i.e., if there exists an integer <M>r</M> such
##  that <M>r^2 \equiv n \pmod{m}</M> and <M>-1</M> otherwise.
##  <P/>
##  If a root of <A>n</A> exists it can be found by <Ref Func="RootMod"/>.
##  <P/>
##  While the value of the Legendre symbol usually  is only defined for <A>m</A> a
##  prime, we have extended the  definition to include composite moduli  too.
##  The  Jacobi  symbol  (see <Ref Func="Jacobi"/>)  is    another generalization  of the
##  Legendre symbol for composite moduli that is  much  cheaper  to  compute,
##  because it does not need the factorization of <A>m</A> (see <Ref Func="FactorsInt"/>).
##  <P/>
##  A description of the Jacobi symbol, the Legendre symbol, and related
##  topics can be found  in <Cite Key="Baker84"/>.
##
##  <Example><![CDATA[
##  gap> Legendre( 5, 11 );  # 4^2 = 5 mod 11
##  1
##  gap> # this is -1, thus there is no r such that r^2 = 6 mod 11
##  gap> Legendre( 6, 11 );
##  -1
##  gap> # this is -1, thus there is no r such that r^2 = 3 mod 35
##  gap> Legendre( 3, 35 );
##  -1
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "Legendre" );


#############################################################################
##
#F  RootMod( <n>[, <k>], <m> )  . . . . . . . . . . .  root modulo an integer
##
##  <#GAPDoc Label="RootMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="RootMod" Arg='n[, k], m'/>
##
##  <Description>
##  <Index>quadratic residue</Index>
##  <Index Subkey="quadratic">residue</Index>
##  <Index Subkey="of an integer modulo another">root</Index>
##  <Ref Func="RootMod"/> computes a <A>k</A>th root of the integer <A>n</A>
##  modulo the positive integer <A>m</A>,
##  i.e., a <M>r</M> such that
##  <M>r^{<A>k</A>} \equiv <A>n</A> \pmod{<A>m</A>}</M>.
##  If no such root exists <Ref Func="RootMod"/> returns <K>fail</K>.
##  If only the arguments <A>n</A> and <A>m</A> are given,
##  the default value for <A>k</A> is <M>2</M>.
##  <P/>
##  A square root of <A>n</A> exists only if <C>Legendre(<A>n</A>,<A>m</A>) = 1</C>
##  (see <Ref Func="Legendre"/>).
##  If <A>m</A> has <M>r</M> different prime factors then  there are <M>2^r</M>  different
##  roots of <A>n</A> mod  <A>m</A>.
##  It is unspecified which one <Ref Func="RootMod"/> returns.
##  You can, however, use <Ref Func="RootsMod"/> to compute the full set
##  of roots.
##  <P/>
##  <Ref Func="RootMod"/> is efficient even for large values of <A>m</A>,
##  in fact the most time is usually spent factoring <A>m</A>
##  (see <Ref Func="FactorsInt"/>).
##
##  <Example><![CDATA[
##  gap> # note 'RootMod' does not return 8 in this case but -8:
##  gap> RootMod( 64, 1009 );
##  1001
##  gap> RootMod( 64, 3, 1009 );
##  518
##  gap> RootMod( 64, 5, 1009 );
##  656
##  gap> List( RootMod( 64, 1009 ) * RootsUnityMod( 1009 ),
##  >       x -> x mod 1009 );  # set of all square roots of 64 mod 1009
##  [ 1001, 8 ]
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "RootMod" );


#############################################################################
##
#F  RootsMod( <n>[, <k>], <m> ) . . . . . . . . . . . roots modulo an integer
##
##  <#GAPDoc Label="RootsMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="RootsMod" Arg='n[, k], m'/>
##
##  <Description>
##  <Ref Func="RootsMod"/> computes the set of <A>k</A>th roots of the
##  integer <A>n</A> modulo the positive integer <A>m</A>, i.e., the list of
##  all <M>r</M> such that <M>r^{<A>k</A>} \equiv <A>n</A> \pmod{<A>m</A>}</M>.
##  If only the arguments <A>n</A> and <A>m</A> are given,
##  the default value for <A>k</A> is <M>2</M>.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> RootsMod( 1, 7*31 );  # the same as `RootsUnityMod( 7*31 )'
##  [ 1, 92, 125, 216 ]
##  gap> RootsMod( 7, 7*31 );
##  [ 21, 196 ]
##  gap> RootsMod( 5, 7*31 );
##  [  ]
##  gap> RootsMod( 1, 5, 7*31 );
##  [ 1, 8, 64, 78, 190 ]
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "RootsMod" );


#############################################################################
##
#F  RootsUnityMod( [<k>,] <m> ) . . . . . .  roots of unity modulo an integer
##
##  <#GAPDoc Label="RootsUnityMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="RootsUnityMod" Arg='[k,] m'/>
##
##  <Description>
##  <Index>modular roots</Index>
##  <Index Subkey="of 1 modulo an integer">root</Index>
##  <Ref Func="RootsUnityMod"/> returns the set of <A>k</A>-th roots of unity
##  modulo the positive integer <A>m</A>, i.e.,
##  the list of all solutions <M>r</M> of
##  <M>r^{<A>k</A>} \equiv <A>n</A> \pmod{<A>m</A>}</M>.
##  If only the argument <A>m</A> is given,
##  the default value for <A>k</A> is <M>2</M>.
##  <P/>
##  In general there are <M><A>k</A>^n</M> such roots if the modulus <A>m</A>
##  has  <M>n</M> different prime factors <M>p</M> such that
##  <M>p \equiv 1 \pmod{<A>k</A>}</M>.
##  If <M><A>k</A>^2</M> divides <A>m</A> then there are
##  <M><A>k</A>^{{n+1}}</M> such roots;
##  and especially if <M><A>k</A> = 2</M> and 8 divides <A>m</A>
##  there are <M>2^{{n+2}}</M> such roots.
##  <P/>
##  In the current implementation <A>k</A> must be a prime.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> RootsUnityMod( 7*31 );  RootsUnityMod( 3, 7*31 );
##  [ 1, 92, 125, 216 ]
##  [ 1, 25, 32, 36, 67, 149, 156, 191, 211 ]
##  gap> RootsUnityMod( 5, 7*31 );
##  [ 1, 8, 64, 78, 190 ]
##  gap> List( RootMod( 64, 1009 ) * RootsUnityMod( 1009 ),
##  >          x -> x mod 1009 );  # set of all square roots of 64 mod 1009
##  [ 1001, 8 ]
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "RootsUnityMod" );


#############################################################################
##
#F  LogMod( <n>, <r>, <m> ) . . . . . .  discrete logarithm modulo an integer
#F  LogModShanks( <n>, <r>, <m> )
##
##  <#GAPDoc Label="LogMod">
##  <ManSection>
##  <Func Name="LogMod" Arg='n, r, m'/>
##  <Func Name="LogModShanks" Arg='n, r, m'/>
##
##  <Description>
##  <Index Subkey="discrete">logarithm</Index>
##  computes the discrete <A>r</A>-logarithm of the integer <A>n</A>
##  modulo the integer <A>m</A>.
##  It returns a number <A>l</A> such that
##  <M><A>r</A>^{<A>l</A>} \equiv <A>n</A> \pmod{<A>m</A>}</M>
##  if such a number exists.
##  Otherwise <K>fail</K> is returned.
##  <P/>
##  <Ref Func="LogModShanks"/> uses the Baby Step - Giant Step Method
##  of Shanks (see for example <Cite Key="Coh93" Where="section 5.4.1"/>)
##  and in general requires more memory than a call to <Ref Func="LogMod"/>.
##  <Example><![CDATA[
##  gap> l:= LogMod( 2, 5, 7 );  5^l mod 7 = 2;
##  4
##  true
##  gap> LogMod( 1, 3, 3 );  LogMod( 2, 3, 3 );
##  0
##  fail
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "LogMod" );
DeclareGlobalFunction( "LogModShanks" );

DeclareGlobalFunction( "DoLogModRho" );


#############################################################################
##
#O  Sigma( <n> )  . . . . . . . . . . . . . . . sum of divisors of an integer
##
##  <#GAPDoc Label="Sigma">
##  <ManSection>
##  <Oper Name="Sigma" Arg='n'/>
##
##  <Description>
##  <Ref Oper="Sigma"/> returns the sum of the positive divisors of the
##  nonzero integer <A>n</A>.
##  <P/>
##  <Ref Oper="Sigma"/> is a multiplicative arithmetic function, i.e.,
##  if <M>n</M> and <M>m</M> are relatively prime we have that
##  <M>\sigma(n \cdot m) = \sigma(n) \sigma(m)</M>.
##  <P/>
##  Together with the formula <M>\sigma(p^k) = (p^{{k+1}}-1) / (p-1)</M>
##  this allows us to compute <M>\sigma(<A>n</A>)</M>.
##  <P/>
##  Integers <A>n</A> for which <M>\sigma(<A>n</A>) = 2 <A>n</A></M>
##  are called perfect.
##  Even perfect integers are exactly of the form
##  <M>2^{{<A>n</A>-1}}(2^{<A>n</A>}-1)</M>
##  where <M>2^{<A>n</A>}-1</M> is prime.
##  Primes of the form <M>2^{<A>n</A>}-1</M> are called
##  <E>Mersenne primes</E>, and
##  42 among the known Mersenne primes are obtained for <A>n</A> <M>=</M> 2, 3, 5, 7, 13, 17, 19,
##  31, 61, 89, 107, 127, 521, 607, 1279, 2203, 2281, 3217, 4253, 4423, 9689,
##  9941, 11213, 19937, 21701, 23209, 44497, 86243, 110503, 132049, 216091,
##  756839, 859433, 1257787, 1398269, 2976221, 3021377, 6972593, 13466917,
##  20996011, 24036583 and 25964951. Please find more up to date information
##  about Mersenne primes at <URL>https://www.mersenne.org</URL>.
##  It is not known whether odd perfect integers exist,
##  however <Cite Key="BC89"/> show that any such integer must have
##  at least 300 decimal digits.
##  <P/>
##  <Ref Oper="Sigma"/> usually spends most of its time factoring <A>n</A>
##  (see <Ref Func="FactorsInt"/>).
##  <P/>
##  <Example><![CDATA[
##  gap> Sigma( 1 );
##  1
##  gap> Sigma( 1009 );  # 1009 is a prime
##  1010
##  gap> Sigma( 8128 ) = 2*8128;  # 8128 is a perfect number
##  true
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareOperation( "Sigma", [ IsObject ] );


#############################################################################
##
#O  Tau( <n> )  . . . . . . . . . . . . . .  number of divisors of an integer
##
##  <#GAPDoc Label="Tau">
##  <ManSection>
##  <Oper Name="Tau" Arg='n'/>
##
##  <Description>
##  <Ref Oper="Tau"/> returns the number of the positive divisors of the
##  nonzero integer <A>n</A>.
##  <P/>
##  <Ref Oper="Tau"/> is a multiplicative arithmetic function, i.e.,
##  if <M>n</M> and  <M>m</M> are relative prime we have
##  <M>\tau(n \cdot m) = \tau(n) \tau(m)</M>.
##  Together with the formula <M>\tau(p^k) = k+1</M> this allows us
##  to compute <M>\tau(<A>n</A>)</M>.
##  <P/>
##  <Ref Oper="Tau"/> usually spends most of its time factoring <A>n</A>
##  (see <Ref Func="FactorsInt"/>).
##  <Example><![CDATA[
##  gap> Tau( 1 );
##  1
##  gap> Tau( 1013 );  # thus 1013 is a prime
##  2
##  gap> Tau( 8128 );
##  14
##  gap> # result is odd if and only if argument is a perfect square:
##  gap> Tau( 36 );
##  9
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareOperation( "Tau", [ IsObject ] );


#############################################################################
##
#F  MoebiusMu( <n> )  . . . . . . . . . . . . . .  Moebius inversion function
##
##  <#GAPDoc Label="MoebiusMu">
##  <ManSection>
##  <Func Name="MoebiusMu" Arg='n'/>
##
##  <Description>
##  <Ref Func="MoebiusMu"/> computes the value of Moebius inversion function
##  for the nonzero integer <A>n</A>.
##  This is 0 for integers which are not squarefree, i.e.,
##  which are divided by a square <M>r^2</M>.
##  Otherwise it is 1 if <A>n</A> has a even number and <M>-1</M> if <A>n</A>
##  has an odd number of prime factors.
##  <P/>
##  The importance of <M>\mu</M> stems from the so called inversion formula.
##  Suppose <M>f</M> is a multiplicative arithmetic function
##  defined on the positive integers and let
##  <M>g(n) = \sum_{{d \mid  n}} f(d)</M>.
##  Then <M>f(n) = \sum_{{d \mid n}} \mu(d) g(n/d)</M>.
##  As a special case we have
##  <M>\phi(n) = \sum_{{d \mid n}} \mu(d) n/d</M>
##  since <M>n = \sum_{{d \mid n}} \phi(d)</M>
##  (see <Ref Oper="Phi"/>).
##  <P/>
##  <Ref Func="MoebiusMu"/> usually spends all of its time factoring <A>n</A>
##  (see <Ref Func="FactorsInt"/>).
##  <Example><![CDATA[
##  gap> MoebiusMu( 60 );  MoebiusMu( 61 );  MoebiusMu( 62 );
##  0
##  -1
##  1
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "MoebiusMu" );


#############################################################################
##
#F  TwoSquares( <n> ) . . . . . repres. of an integer as a sum of two squares
##
##  <#GAPDoc Label="TwoSquares">
##  <ManSection>
##  <Func Name="TwoSquares" Arg='n'/>
##
##  <Description>
##  <Index Subkey="as a sum of two squares">representation</Index>
##  <Ref Func="TwoSquares"/> returns a list of two integers <M>x \leq y</M>
##  such that the sum of the squares of <M>x</M> and <M>y</M> is equal to the
##  nonnegative integer <A>n</A>, i.e., <M>n = x^2 + y^2</M>.
##  If no such representation exists
##  <Ref Func="TwoSquares"/> will return <K>fail</K>.
##  <Ref Func="TwoSquares"/> will return a representation for which the gcd
##  of <M>x</M> and <M>y</M> is as small as possible.
##  It is not specified which representation <Ref Func="TwoSquares"/> returns
##  if there is more than one.
##  <P/>
##  Let <M>a</M> be the product of all maximal powers of primes of the form
##  <M>4k+3</M> dividing <A>n</A>.
##  A representation of <A>n</A> as a sum of two squares exists
##  if and only if <M>a</M> is a perfect square.
##  Let <M>b</M> be the maximal power of <M>2</M> dividing <A>n</A> or its
##  half, whichever is a perfect square.
##  Then the minimal possible gcd of <M>x</M> and <M>y</M> is the square root
##  <M>c</M> of <M>a \cdot b</M>.
##  The number of different minimal representation with <M>x \leq y</M> is
##  <M>2^{{l-1}}</M>, where <M>l</M> is the number of different prime factors
##  of the form <M>4k+1</M> of <A>n</A>.
##  <P/>
##  The algorithm first finds a square root <M>r</M> of <M>-1</M> modulo
##  <M><A>n</A> / (a \cdot b)</M>, which must exist,
##  and applies the Euclidean algorithm to <M>r</M> and <A>n</A>.
##  The first residues in the sequence that are smaller than
##  <M>\sqrt{{<A>n</A>/(a \cdot b)}}</M> times <M>c</M> are a possible pair
##  <M>x</M> and <M>y</M>.
##  <P/>
##  Better descriptions of the algorithm and related topics can be found in
##  <Cite Key="Wagon90"/> and <Cite Key="Zagier90"/>.
##
##  <Example><![CDATA[
##  gap> TwoSquares( 5 );
##  [ 1, 2 ]
##  gap> TwoSquares( 11 );  # there is no representation
##  fail
##  gap> TwoSquares( 16 );
##  [ 0, 4 ]
##  gap> # 3 is the minimal possible gcd because 9 divides 45:
##  gap> TwoSquares( 45 );
##  [ 3, 6 ]
##  gap> # it is not [5,10] because their gcd is not minimal:
##  gap> TwoSquares( 125 );
##  [ 2, 11 ]
##  gap> # [10,11] would be the other possible representation:
##  gap> TwoSquares( 13*17 );
##  [ 5, 14 ]
##  gap> TwoSquares( 848654483879497562821 );  # argument is prime
##  [ 6305894639, 28440994650 ]
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "TwoSquares" );

#############################################################################
##
#F  PValuation( <n>, <p> ) . . . . . . . . . . . prime part exponent
##
##  <#GAPDoc Label="PValuation">
##  <ManSection>
##  <Func Name="PValuation" Arg='n, p'/>
##
##  <Description>
##  For an integer <A>n</A> and a prime <A>p</A> this function returns
##  the <A>p</A>-valuation of <A>n</A>,
##  that is the exponent <M>e</M> such that <M>p^e</M> is the largest
##  power of <A>p</A> that divides <A>n</A>.
##  The valuation of zero is infinity.
##
##  <Example><![CDATA[
##  gap> PValuation(100,2);
##  2
##  gap> PValuation(100,3);
##  0
##  ]]></Example>
##  </Description>
##  </ManSection>
##  <#/GAPDoc>
##
DeclareGlobalFunction( "PValuation" );

[ Dauer der Verarbeitung: 0.39 Sekunden  (vorverarbeitet)  ]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge