In number theory, Euler's theorem (also known as the Fermat–Euler theorem or Euler's totient theorem) states that, if n and a are coprime positive integers, and is Euler's totient function, then a raised to the power is congruent to 1 modulo n; that is
In 1736, Leonhard Euler published a proof of Fermat's little theorem (stated by Fermat without proof), which is the restriction of Euler's theorem to the case where n is a prime number. Subsequently, Euler presented other proofs of the theorem, culminating with his paper of 1763, in which he proved a generalization to the case where n is not prime.
The converse of Euler's theorem is also true: if the above congruence is true, then and must be coprime.
The theorem is further generalized by Carmichael's theorem.
The theorem may be used to easily reduce large powers modulo . For example, consider finding the ones place decimal digit of , i.e. . The integers 7 and 10 are coprime, and . So Euler's theorem yields , and we get .
In general, when reducing a power of modulo (where and are coprime), one needs to work modulo in the exponent of :
if , then .
Euler's theorem underlies the RSA cryptosystem, which is widely used in Internet communications. In this cryptosystem, Euler's theorem is used with n being a product of two large prime numbers, and the security of the system is based on the difficulty of factoring such an integer.
Euler's theorem can be proven using concepts from the theory of groups:
The residue classes modulo n that are coprime to n form a group under multiplication (see the article Multiplicative group of integers modulo n for details). The order of that group is φ(n). Lagrange's theorem states that the order of any subgroup of a finite group divides the order of the entire group, in this case φ(n). If a is any number coprime to n then a is in one of these residue classes, and its powers a, a^2, ... , a^k modulo n form a subgroup of the group of residue classes, with a^k ≡ 1 (mod n). Lagrange's theorem says k must divide φ(n), i.e.
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In modular arithmetic, the integers coprime (relatively prime) to n from the set of n non-negative integers form a group under multiplication modulo n, called the multiplicative group of integers modulo n. Equivalently, the elements of this group can be thought of as the congruence classes, also known as residues modulo n, that are coprime to n. Hence another name is the group of primitive residue classes modulo n. In the theory of rings, a branch of abstract algebra, it is described as the group of units of the ring of integers modulo n.
vignette|Leonhard Euler (1753) En mathématiques, le théorème d'Euler ou d'Euler-Fermat en arithmétique modulaire, publié en 1761 par le mathématicien suisse Leonhard Euler, s'énonce ainsi : Ce théorème est une généralisation du petit théorème de Fermat qui, lui, ne traite que le cas où n est un nombre premier. Il se démontre en remarquant que l'exposant λ(n) (appelé l'indicatrice de Carmichael de n) du groupe (Z/nZ) des inversibles de l'anneau Z/nZ est un diviseur de l'ordre φ(n) de ce groupe (cette propriété, commune à tous les groupes finis, se déduit du théorème de Lagrange sur les groupes).
En mathématiques, le petit théorème de Fermat est un résultat de l'arithmétique modulaire, qui peut aussi se démontrer avec les outils de l'arithmétique élémentaire. Il s'énonce comme suit : « si p est un nombre premier et si a est un entier non divisible par p, alors ap–1 – 1 est un multiple de p », autrement dit (sous les mêmes conditions sur a et p), ap–1 est congru à 1 modulo p : Un énoncé équivalent est : « si p est un nombre premier et si a est un entier quelconque, alors ap – a est un multiple de p » : Il doit son nom à Pierre de Fermat, qui l'énonce pour la première fois en .
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