Sectio Prima
De
Numerorum Congruentia In Genere


Numeri congrui, moduli, residua et nonresidua.

1.

Si numerus aa numerorum b,b\text{,} cc differentiam metitur, bb et cc secundum aa congrui dicuntur, sin minus, incongrui: ipsum aa modulum appellamus. Uterque numerorum b,b\text{,} cc priori in casu alterius residuum, in posteriori vero nonresiduum vocatur.

Hae notiones de omnibus numeris integris tam positivis quam negativisModulus manifesto semper absolute i.e. sine omni signo est sumendus.

valent, neque vero ad fractos sunt extendendae. E.g. 9-9 et +16+16 secundum modulum 55 sunt congrui; 7-7 ipsius +15+15 secundum modulum 1111 residuum, secundum modulum 33 vero nonresiduum. Ceterum quoniam cifram numerus quisque metitur, omnis numerus tamquam sibi ipsi congruus secundum modulum quemcunque est spectandus.

2.

Omnia numeri dati aa residua secundum modulum mm sub formula a+kma+km comprehenduntur, designante kk numerum integrum indeterminatum. Propositionum quas post trademus faciliores nullo negotio hinc demonstrari possunt: sed istarum quidem veritatem aeque facile quivis intuendo poterit perspicere.

Numerorum congruentiam hoc signo, ,≡\text{,} in posterum denotabimus, modulum ubi opus erit in clausulis adiungentes, 169(mod.5),-16 ≡ 9 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu5}\text{,} 715(mod.11).-7 ≡ 15 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu11}\text{.}Hoc signum propter magnam analogiam quae inter aequalitatem atque congruentiam invenitur adoptavimus. Ob eandem caussam ill. Le Gendre in comment, infra saepius laudanda ipsum aequalitatis signum pro congruentia retinuit, quod nos ne ambiguitas oriatur imitari dubitavimus.

3.

Theorema. Propositis mm numeris integris successivis a,a+1,a+2, ,a+m1a, a+1, a+2, …\,, a+m-1 alioque A,A\text{,} illorum aliquis huic secundum modulum mm congruus erit, et quidem unicus tantum.

Si enim aAm\frac{a - A}m integer, erit aA,a≡A\text{,} sin fractus, sit integer proxime maior, (aut quando est negativus, proxime minor, si ad signum non respiciatur) =k,=k\text{,} cadetque A+kmA+km inter aa et a+m,a+m\text{,} quare erit numerus quaesitus. Et manifestum est omnes quotientes aAm,\frac{a-A}m\text{,} a+1Am,\frac{a+1-A}m\text{,} a+2Am\frac{a+2-A}m etc. inter k1k-1 et k+1k+1 sitos esse; quare plures quam unus integri esse nequeunt.

Residua minima

4.

Quisque igitur numerus residuum habebit tum in hac serie, 0,1,2, m1,0, 1, 2, …\, m-1\text{,} tum in hac, 0,1,2, (m1),0, -1, -2, …\, -(m-1)\text{,} quae residua minima dicemus, patetque, nisi 00 fuerit residuum, bina semper dari, positivum alterum, alterum negativum. Quae si magnitudine sunt inaequalia, alterum erit <m2,< \frac m2\text{,} sin secus utrumque =m2,=\frac m2\text{,} signi respectu non habito. Unde patet, quemvis numerum residuum habere moduli semissem non superans quod absolute minimum vocabitur.

E.g. 13-13 secundum modulum 5,5\text{,} habet residuum minimum positivum 2,2\text{,} quod simul est absolute minimum, 3-3 vero residuum minimum negativum; +5+5 secundum modulum 77 sui ipsius est residuum minimum positivum, 2-2 negativum, simulque absolute minimum.

Propositiones elementares de congruentiis.

5.

His notionibus stabilitis eas numerorum congruorum proprietates quae prima fronte se offerunt colligamus.

Qui numeri secundum modulum compositum sunt congrui, etiam secundum quemvis eius divisorem congrui.

Si plures numeri eidem numero secundum eundem modulum sunt congrui, inter se erunt congrui (secundum eundem modulum).

Haec modulorum identitas etiam in sequentibus est subintelligenda.

Numeri congrui residua minima habent eadem, incongrui diversa.

6.

Si habentur quotcunque numeri A,A\text{,} B,B\text{,} CC etc. totidemque alii a,a\text{,} b,b\text{,} cc etc. illis secundum modulum quemcunque congrui Aa,Bb etc., erit A+B+C+etc.a+b+c+etc. A ≡ a, B ≡ b \text{ etc., erit } A+B+C+ \operatorname{etc.}≡a+b+c+ \operatorname{etc.}

Si Aa,A≡a\text{,} Bb,B≡b\text{,} erit ABab.A-B≡a-b\text{.}

7.

Si Aa,A≡a\text{,} erit quoque kAka.kA ≡ ka\text{.}

Si kk numerus positivus, hoc est tantummodo casus particularis propos. art. praec., ponendo ibi A=B=CA=B=C etc., a=b=ca=b=c etc. Si kk negativus, erit k-k positivus, adeoque kAka,-kA ≡ -ka\text{,} unde kAka.kA ≡ ka\text{.}

Si Aa,A≡a\text{,} Bb,B≡b\text{,} erit ABab.AB≡ab\text{.} Namque ABAbba.AB ≡ Ab ≡ ba\text{.}

8.

Si habentur quotcunque numeri A,A\text{,} B,B\text{,} CC etc. totidemque alii a,a\text{,} b,b\text{,} cc etc. his congrui, Aa,A≡a\text{,} BbB≡b etc., producta ex utrisque erunt congrua, ABCetc.abcetc.ABC \operatorname{etc.}≡ abc \operatorname{etc.}

Ex artic. praec. ABab,AB ≡ ab\text{,} et ob eandemrationem ABCabc;ABC≡abc\text{;} eodemque modo quotcunque alii factores accedere possunt.

Si omnes numeri A,A\text{,} B,B\text{,} CC etc. aequales assumuntur, nec non respondentes a,a\text{,} b,b\text{,} cc etc., habetur hoc theorema: Si AaA ≡ a et kk integer positivus, erit Akak.A^k ≡ a^k\text{.}

9.

Sit XX functio algebraica indeterminatae x,x\text{,} huius formae Axa+Bxb+Cxc+etc. Ax^a+Bx^b+Cx^c+\operatorname{etc.} designatibus A,A\text{,} B,B\text{,} CC etc. numeros integros quoscunque; a,a\text{,} b,b\text{,} cc etc. vero integros non negativos. Tum si indeterminatae xx valores secundum modulum quemcunque congrui tribuuntur, valores functionis XX inde prodeuntes congrui erunt.

Sint f,f\text{,} gg valores congrui ipsius x.x\text{.} Tum ex art. praec. fagaf^a ≡ g^a et AfaAga,Af^a ≡Ag^a\text{,} eodemque modo BfbBgbBf^b ≡ Bg^b etc. Hinc

Afa+Bfb+Cfc+etc.Aga+Bgb+Cgc+etc.Q.E.D. Af^a+Bf^b+Cf^c+\operatorname{etc.}≡ Ag^a+Bg^b+Cg^c+\operatorname{etc.}\quad\text{Q.E.D.}

Ceterum facile intelligitur, quomodo hoc theorema ad functiones plurium indeterminatarum extendi possit.

10.

Quodsi igitur pro xx omnes numeri integri consecutivi substituuntur, valoresque functionis XX ad residua minima reducuntur, haec seriem constituent, in qua post intervallum mm terminorum designante mm modulum) iidem termini iterum recurrunt; sive haec series ex periodo mm terminorum infinities repetita, erit formata. Sit e.g. X=x38x+6X = x^3-8x+6 et m=5;m=5\text{;} tum pro x=0,1,2,3etc.,x=0, 1, 2, 3 \operatorname{etc.}\text{,} valores ipsius XX haec residua minima positiva suppeditant, 1,4,3,4,3,1,4etc.,1, 4, 3, 4, 3, 1, 4 \operatorname{etc.}\text{,} ubi quina priora 1,4,3,4,31, 4, 3, 4, 3 in infinitum repetuntur; atque si series retro continuatur, i.e. ipsi xx valores negativi tribuuntur, eadem periodus ordine terminorum inverso prodit: unde manifestum est, terminos alios quam qui hanc periodum constituant in tota serie locum habere non posse.

11.

In hoc igitur exemplo XX neque 0,≡0\text{,} neque 2(mod.5)≡2 \pod{\operatorname{mod.} \mkern 6mu5} fieri potest, multoque minus =0,=0\text{,} aut =2.=2\text{.} Unde sequitur, aequationes x38x+6=0,x^3-8x+6=0\text{,} et x38x+4=0x^3-8x+4=0 per numeros integros et proin, uti notum est, per numeros rationales solvi non posse. Generaliter perspicuum est, aequationem X=0,X=0\text{,} quando XX functio incognitae x, huius formae xn+Axn1+Bxn2+etc.+Nx^n+Ax^{n-1}+Bx^{n-2}+ \operatorname{etc.}+ N A,A\text{,} B,B\text{,} CC etc. integri, atque nn integer positivus, (ad quam formam omnes aequationes algebraicas reduci posse constat) radicem rationalem nullam habere, si congruentiae X0X≡0 secundum ullum modulum satisfieri nequeat. Sed hoc criterium, quod hic sponte se nobis obtulit, in Sect. VIII fusius pertractabitur. Poterit certe ex hoc specimine notiuncula qualiscunque de harum investigationum utilitate efformari.

Quaedam applicationes.

12.

Theorematibus in hoc capite traditis complura quae in arithmeticis doceri solent innituntur, e.g. regulae ad explorandam divisibilitatem numeri propositi per 9,9\text{,} 1111 aut alios numeros. Secundum modulum 99 omnes numeri 1010 potestates unitati sunt congruae: quare si numerus propositus habet formam a+10b+100c+etc.,a+10b+100c+\operatorname{etc.}\text{,} idem residuum minimum secundum modulum 99 dabit, quod a+b+c+etc.a+b+c+\operatorname{etc.} Hinc manifestum est, si figurae singulae numeri decadice expressi sine respectu loci quem occupant addantur, summam hanc numerumque propositum eadem residua minima praebere, adeoque hunc per 99 dividi posse, si illa per 99 sit divisibilis, et contra. Idem etiam de divisore 33 tenendum. Quoniam secundum modulum 11,100111, 100 ≡ 1 erit generaliter 102k1,10^{2k} ≡ 1\text{,} 102k+1101,10^{2k+1}≡10≡-1\text{,} et numerus formae a+10b+100c+etc.a+10b+100c+\operatorname{etc.} secundum modulum 1111 idem residuum minimum dabit quod ab+cetc.;a-b+c \operatorname{etc.}\text{;} unde regula nota protinus derivatur. Ex eodem principio omnia similia praecepta facile deducuntur.

Nec minus ex praecedentibus petenda est ratio regularum, quae ad verificationem operationum arithmeticarum vulgo commendantur. Scilicet si ex numeris datis alii per additionem, subtractionem, multiplicationem aut elevationem ad potestates sunt deducendi: substituuntur datorum loco residua ipsorum minima secundum modulum arbitrarium (vulgo 99 aut 11,11\text{,} quoniam in nostro systemate decadico secundum hos, uti modo ostendimus, residua tam facile possunt inveniri). Numeri hinc oriundi illis, qui ex numeris propositis dedueti fuerunt, congrui esse debent; quod nisi eveniat, vitium in calculum irrepsisse concluditur.

Sed quum haec hisque similia abunde sint nota, diutius iis immorari superfluum foret.